3.3 Integrace substitucí

Teorii naleznete v kapitole 6.3 Multimediální encyklopedie nebo v kapitole 3.3 Breviáře

Příklad 1

Pomocí první věty o substituci vypočítejte .

Řešení

První věta o substituci zní:

= |y=g(x)

V integrandu zadaného integrálu tedy musíme rozpoznat součin dvou funkcí, z nichž jedna je složená, a to tak, že když zderivuji její vnitřní funkci, obdržím funkci druhou.

V našem případě bude nutná malá úprava integrandu:

=.

Odtud f(y)=, g(x)= a g '(x)=-2x.

Nyní můžeme podle první věty o substituci psát:

== , kde

y=.

Integrál je velmi jednoduchý, přesto, můžeme jej vypočítat pomocí programu Mathcad.

Teď již stačí jen dosadit (nesmíme zapomenout na vynásobení zintegrovaného výrazu -1/2):

Tento postup odpovídá běžnému výpočtu integrálu substituční metodou bez matematickeho software.

Mathcad tento příklad však zvládne vypočítat daleko jednodušeji:

Příklad 2

Pomocí druhé věty o substituci vypočítejte .

Řešení

Druhá věta o substituci zní:

=, kde x=h(t), t=(x), dx=h '(t)dt.

Nejobtížnějším krokem je volba substituce x=h(t).

V našem případě povede k cíli volba t=, x=at, dx=a dt.

Pak lze integrál přepsat do tvaru = =. Tento integrál bychom měli znát zpaměti, můžeme ale i pro jeho výpočet použít program Mathcad.

Pak již stačí pouze dosadit substituci x=at.

Mathcad tento integrál umí samozřejmě vyřešit rovnou:

Příklad 3

Vypočítejte .

Řešení

Volba správné substituce je zde velmi obtížná. V tomto případě vede k cíli substituce x=.

Výpočet pomocí programu Mathcad je však velmi jednoduchý:

Příklad 4

Vypočítejte .

Řešení

Opět, nejobtížnějším krokem je volba správné substituce. V tomto případě vede k cíli substituce x=. Dále se již jedná o rutinní výpočet.

Vypočet pomocí programu Mathcad: