3.5 Vybrané speciální integrály

Teorii naleznete v kapitole 6.4 Multimediální encyklopedie nebo v kapitole 3.4 Breviáře

Příklad 1

Vypočítejte "3_5_1.gif"

Řešení

Zvolíme substituci
"3_5_2.gif" = t
x = ln t
dx = "3_5_3.gif"
Můžeme tedy psát:
"3_5_4.gif" = "3_5_5.gif" = "3_5_6.gif"
Substituční metodou se nám tedy podařilo převézt zadaný integrál na integraci racionální lomené funkce. Nyn9 je postup obdobný jako v kapitole 3.4.
Integrand můžeme rozložit na parciální zlomky, protože kvadratický trojčlen ve jmenovateli integrandu má kladný determinant.

"3_5_7.gif"

"3_5_8.gif"

Můžeme tedy psát:

"3_5_9.gif" = "3_5_10.gif" ="3_5_11.gif" -"3_5_12.gif"
Integrály vyřešíme zvlášť opět substituční metodou:
"3_5_13.gif"  = "3_5_14.gif" = "3_5_15.gif" = "3_5_16.gif"ln s = "3_5_17.gif"ln (-1 + t)
-"3_5_18.gif" = "3_5_19.gif" = "3_5_20.gif" = - "3_5_21.gif" ln u =  - "3_5_22.gif" ln (2 + t)

a odtud

"3_5_23.gif" =  "3_5_24.gif"ln (-1 + t) - "3_5_25.gif" ln (2 + t)
Nyní jen dosadíme do substitucí:

"3_5_26.gif"

"3_5_27.gif"

Tento integrál Mathematica neumí vypočítat přímo,  

"3_5_28.gif"

"3_5_29.gif"

můžeme tedy pouze provézt zkoušku. Zderivujeme-li námi vypočtenou primitivní funkci, obdržíme integrand ze zadání příkladu. Počítali jsme tedy správně.

"3_5_30.gif"

"3_5_31.gif"

Příklad 2

Vypočítejte "3_5_32.gif"

Řešení

Vhodnou substitucí převedeme integrand na racionální lomenou funkci:

ln x = t
"3_5_33.gif" = dt
dx = x dt

Můžeme tedy psát  "3_5_34.gif" =  "3_5_35.gif"
Obdrželi jsme integrál z racionální lomené funkce. Stupeň polynomu v čitateli je vyšší než stupeň polynomu ve jmenovateli. Je tedy nutno vydělit čitatel jmenovatelem, zbytek potom rozložit na parciální zlomky. To vše za nás udělá příkaz Apart.

"3_5_36.gif"

"3_5_37.gif"

Můžeme tedy psát
"3_5_38.gif" ="3_5_39.gif" =-"3_5_40.gif" +2"3_5_41.gif" -"3_5_42.gif""3_5_43.gif"
Tyto tři integrály jsou již jednoduché, i když u dvou z nich integrálů je opět nutno použít substituce (jsou stejného typu jako Příklad 1 v kapitole 3.4), my je však vypočítáme programem Mathematica

"3_5_44.gif"

"3_5_45.gif"

Teď ještě dosadíme zpátky první substituci "3_5_46.gif" = t.

"3_5_47.gif"

"3_5_48.gif"

Tento integrál zvládne program Mathematica vypočítat i přímo:

"3_5_49.gif"

"3_5_50.gif"

Spikey Created with Wolfram Mathematica 7.0