23
Integr´ alsz´ am´ ıt´ as I. Azel˝oad´ ashoz kapcsol´ od´ofeladatsormegold´okulcsa egezze el a k¨ovetkez˝o integr´ al´ asokat: 1. Alapintegr´ alok (a) R x α dx = x α+1 α +1 + C (α 6= -1) pl.: R x 2 dx = x 3 3 + C R x dx = x 2 2 + C R x dx = R x 1 2 dx = x 3 2 3 2 + C (b) Z 1 x dx = ln |x| + C (c) R sin x dx = - cos x + C (d) R cos x dx = sin x + C (e) R e x dx = e x + C (f) R a x dx = a x ln a + C pl.: R 2 x dx = 2 x ln 2 + C (g) Z 1 sin 2 x dx = - ctg x + C (h) Z 1 cos 2 x dx = tg x + C 2. (a) 2 R 1 x 5 dx = h x 6 6 i 2 1 = 2 6 6 - 1 6 6 = 64 6 - 1 6 = 10, 5 (b) 4 Z 2 1 x dx = h ln | x| i 4 2 = ln | 4|- ln | 2| = ln 4 - ln 2 0, 69 (c) π 2 R 0 sin x dx = h - cos x i π 2 0 = ( - cos π 2 ) - (- cos 0) = (0) - (-1) = 1 3. Z f (ax + b)dx = F (ax + b) a + C ıpus, ahol a 6=0, R f (x)dx alapintegr´al´ es R f (x)dx = F (x)+ C (a) R (3x - 1) 2 dx = (3x - 1) 3 3 · 3 + C = 1 9 (3x - 1) 3 + C (itt: f (x)= x 2 F (x)= x 3 3 a =3 b = -1 ) (b) R sin 2x dx = - cos 2x 2 + C (itt: f (x) = sin x F (x)= - cos x a =2 b =0 ) (c) R cos 3x dx = sin 3x 3 + C (d) R e x+3 dx = e x+3 + C (e) R 3 -2x+1 dx = 3 -2x+1 (-2) · ln 3 + C 1

Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

  • Upload
    others

  • View
    7

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

Integralszamıtas I.

Az eloadashoz kapcsolodo feladatsor megoldokulcsa

Vegezze el a kovetkezo integralasokat:

1. Alapintegralok

(a)∫xα dx =

xα+1

α + 1+ C (α 6= −1)

pl.:∫x2 dx =

x3

3+ C

∫x dx =

x2

2+ C

∫ √x dx =

∫x

12 dx =

x32

32

+ C

(b)

∫1

xdx = ln |x|+ C

(c)∫

sinx dx = − cosx+ C

(d)∫

cosx dx = sinx+ C

(e)∫ex dx = ex + C

(f)∫ax dx =

ax

ln a+ C pl.:

∫2x dx =

2x

ln 2+ C

(g)

∫1

sin2 xdx = − ctg x+ C

(h)

∫1

cos2 xdx = tg x+ C

2. (a)2∫1

x5 dx =[x6

6

]2

1= 26

6− 16

6= 64

6− 1

6= 10, 5

(b)

4∫2

1

xdx =

[ln |x|

]4

2= ln | 4| − ln | 2| = ln 4− ln 2 ≈ 0, 69

(c)

π2∫

0

sinx dx =[− cosx

]π2

0=(− cos π

2

)− (− cos 0) = (0)− (−1) = 1

3.∫f(ax+ b) dx =

F (ax+ b)

a+ C tıpus, ahol a 6= 0 ,

∫f(x) dx alapintegral es

∫f(x) dx = F (x) + C

(a)∫

(3x− 1)2 dx =(3x− 1)3

3 · 3+ C =

1

9(3x− 1)3 + C (itt: f(x) = x2 F (x) = x3

3a = 3 b = −1 )

(b)∫

sin 2x dx =− cos 2x

2+ C (itt: f(x) = sinx F (x) = − cosx a = 2 b = 0 )

(c)∫

cos 3x dx =sin 3x

3+ C

(d)∫ex+3 dx = ex+3 + C

(e)∫

3−2x+1 dx =3−2x+1

(−2) · ln 3+ C

1

Page 2: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

(f)

∫3

2x− 5dx = 3

∫1

2x− 5dx = 3 · ln | 2x− 5|

2+ C

(g)∫ −4

3 sin2(1+3x)dx = −4

3

∫1

sin2(3x+1)dx = −4

3· − ctg(3x+1)

3+ C = 4

9ctg(3x+ 1) + C

(h)∫

1−2 cos2(−x+12)

dx = −12

∫1

cos2(−x+12)dx = −1

2· tg(−x+12)

−1+ C = 1

2tg(−x+ 12) + C

(i)

∫3√

2x− 7dx = 3

∫(2x− 7)−

12 dx = 3 · (2x− 7)

12

12· 2

+ C = 3√

2x− 7 + C

4. (a)

4∫0

(2x+ 3)6 dx =

[(2x+ 3)7

7 · 2

]4

0

=117

14− 37

14≈ 1391785

(b)

π4∫

0

cos 2x dx =

[sin 2x

2

]π4

0

=sin π

2

2− sin 0

2=

1

2− 0

2= 0, 5

(c)

1∫−1

5−2x+7 dx =

[5−2x+7

(−2) · ln 5

]1

−1

= − 1

2 ln 5

(55 − 59

)≈ 605802

5.∫fα(x) · f ′(x) dx =

fα+1(x)

α + 1+ C tıpus, ahol α 6= −1

(a)

∫x2(2x3 − 1)12 dx =

1

6

∫6x2︸︷︷︸f ′

(2x3 − 1)12︸ ︷︷ ︸f12

dx =1

6· (2x3 − 1)13

13+ C

(b)

∫−2 sin6 x cosx dx = −2 · sin7 x

7+ C

(c)

∫3 sin 2x cos5 2x dx = −3

2

∫(−2 sin 2x)︸ ︷︷ ︸

f ′

cos5 2x︸ ︷︷ ︸f5

dx = −3

2· cos6 2x

6+ C

msz.: (cos 2x)′ = −2 sin 2x

(d)

∫x3 · 5√−x4 + 11 dx = −1

4

∫(−4x3)︸ ︷︷ ︸

f ′

· (−x4 + 11)15︸ ︷︷ ︸

f15

dx = −1

4· (−x4 + 11)

65

65

+ C

(e)

∫tg6 2x

cos2 2xdx =

1

2

∫2

cos2 2x· tg6 2x dx =

1

2· tg7 2x

7+ C

msz.: (tg 2x)′ =2

cos2 2x

(f)

∫arctg11 2x

4x2 + 1dx =

1

2

∫2

1 + 4x2· arctg11 2x dx =

1

2· arctg12 2x

12+ C

msz.: (arctg 2x)′ =2

1 + (2x)2=

2

1 + 4x2

6. (a)

3∫2

x · (x2 + 3)4 dx =

[(x2 + 3)5

10

]3

2

=125

10− 75

10= 23202, 5

2

Page 3: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

msz.:∫x · (x2 + 3)4 dx = 1

2

∫2x︸︷︷︸f ′

· (x2 + 3)4︸ ︷︷ ︸f4

dx = 12· (x2+3)5

5+ C

(b)

π3∫

π4

5 sin2 x cosx dx =5

3

[sin3 x

]π3

π4

=5

3

(sin3 π

3− sin3 π

4

)≈ 0, 49

7.∫f ′(x)

f(x)dx = ln |f(x)|+ C tıpus

(a)

π4∫

0

tg x dx =[− ln | cosx|

]π4

0=(− ln | cos π

4|)− (− ln | cos 0|) = − ln

√2

2≈ 0, 35

msz.:

∫tg x dx =

∫sinx

cosxdx = −

∫− sinx

cosx︸ ︷︷ ︸f ′f

dx = − ln | cosx|+ C

(b)

∫ctg x dx =

∫cosx

sinxdx = ln | sinx|+ C

(c)

1∫0

x

x2 + 2dx =

1

2

1∫0

2x

x2 + 2dx =

[1

2ln |x2 + 2|

]1

0

=1

2ln 3− 1

2ln 2 ≈ 0, 2

(d)

∫sinx

2 + cos xdx = −

∫− sinx

2 + cos xdx = − ln | 2 + cos x|+ C

(e)

∫3

(1 + x2) arctg xdx = 3

∫ 11+x2

arctg xdx = 3 ln |arctg x|+ C

(f)

∫− 8

(arcsinx)√

1− x2dx = −8

∫ 1√1−x2

arcsinxdx = −8 ln |arcsinx|+ C

8.∫g′(x) · f(g(x)) dx = F (g(x)) + C tıpus, ahol

∫f(x) dx = F (x) + C

(a)∫

(x+ 1) · ex2+2x dx = 12

∫(2x+ 2)︸ ︷︷ ︸

g′(x)

· ex2+2x︸ ︷︷ ︸f(g(x))

dx = 12ex

2+2x + C

itt: f(x) = ex g(x) = x2 + 2x g′(x) = 2x+ 2 F (x) = ex

(b)

∫sin(lnx)

xdx =

∫1

x︸︷︷︸g′(x)

· sin(lnx)︸ ︷︷ ︸f(g(x))

dx = − cos(lnx) + C

(c)

1∫0

ex

1 + e2xdx =

[arctg(ex)

]1

0= arctg e− arctg 1 ≈ 0, 43

msz.:

∫ex

1 + e2xdx =

∫ex · 1

1 + (ex)2dx = arctg(ex) + C

(d)∫x2 cos(x3 − 1) dx = 1

3

∫3x2 · cos(x3 − 1) dx = 1

3sin(x3 − 1) + C

3

Page 4: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

(e)

∫1

√x√

1− xdx =

∫1√x· 1√

1− (√x)2

dx = 2

∫1

2√x· 1√

1− (√x)2

dx = 2 arcsin√x+C

(f)

∫2tg x

cos2 xdx =

∫1

cos2 x· 2tg x dx =

2tg x

ln 2+ C

(g)∫esinx2(x cosx2) dx = 1

2

∫esinx2(2x cosx2) dx = 1

2esinx2 + C

msz.: (sinx2)′ = 2x cosx2

4

Page 5: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

Integralszamıtas II.

Parcialis integralas∫uv′ dx = uv −

∫u′v dx

1. (a)∫xex dx =

∫x︸︷︷︸u

ex︸︷︷︸v′

dx = x︸︷︷︸u

ex︸︷︷︸v

−∫

1︸︷︷︸u′

ex︸︷︷︸v

dx = xex − ex + C

u′ = 1 v = ex

(b)∫x2ex dx = ex(x2 − 2x+ 2) + C

(c)∫

(3x2 − 2x)e2x dx =(

32x2 − 5

2x+ 5

4

)e2x + C

(d)∫

(x+ 1)(e2x − 2e−x) dx =(

12x+ 1

4

)e2x + (2x+ 4)e−x + C

(e)∫x sinx dx = −x cosx+ sinx+ C

(f)∫x cosx dx = x sinx+ cosx+ C

(g)∫x2 cos 2x dx = 1

2x2 sin 2x+ 1

2x cos 2x− 1

4sin 2x+ C

(h)∫

(1− x2)(sin 2x− 2 cos 3x) dx =

=(

12x2 − 3

4

)cos 2x+

(23x2 − 22

27

)sin 3x+

(−1

2x)

sin 2x+(

49x)

cos 3x+ C

(i)∫ex sinx dx = 1

2(sinx− cosx)ex + C

(j)∫e2x cosx dx = 1

5e2x(sinx+ 2 cosx) + C

(k)∫e−x sinx cosx dx = e−x

(−1

5cos 2x− 1

10sin 2x

)+ C

(l)∫

2x(sin 2x− 3 cosx) dx =∫

2x sin 2x dx− 3∫

2x cosx dx =

= − 24+(ln 2)2

2x cos 2x+ ln 24+(ln 2)2

2x sin 2x− 2(ln 2)2

4+(ln 2)2− 3

1+(ln 2)22x sinx− 3 ln 2

1+(ln 2)22x cosx+ C

(m)∫x lnx dx = 1

2x2 lnx− 1

4x2 + C

(n)∫

(2x+ 1) ln2 x dx = (x2 + x) ln2 x− (x2 + 2x) lnx+ 12x2 + 2x+ C

(o)∫

arctg x dx = x arctg x− 12

ln(1 + x2) + C

(p)∫

arcsinx dx = x arcsinx+√

1− x2 + C

2. (a)1∫0

xe3x dx =[

13xe3x − 1

9e3x]1

0≈ 4, 6

(b)2∫−1

(x2 − x+ 1) ex dx = [(x2 − 3x+ 4) ex]2−1 ≈ 11, 835

(c)

π2∫

0

3x cos 2x dx =[

32x sin 2x+ 3

4cos 2x

]π2

0= −3

2

(d)

2π3∫π6

(2x+ 3) sin x2

dx =[(2x+ 3)

(−2 cos x

2

)+ 8 sin x

2

] 2π3π6

≈ 5, 49

(e)2∫0

e−2x cos 3x dx = 913

[e−2x

(13

sin 3x− 29

cos 3x)]2

0≈ 0, 15

(f)2∫1

(x2 + 1) lnx dx =[(

13x3 + x

)lnx− 1

9x3 − x

]21≈ 1, 457

5

Page 6: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

(g)e∫

1

(x3 − 2) lnx dx =[(

x4

4− 2x

)lnx− x4

16+ 2x

]e1≈ 8, 3

(h)1∫0

arctg x dx =[x arctg x− 1

2ln (1 + x2)

]10≈ 0, 439

(i)

√3∫

0

x arctg x dx =[x2

2arctg x− x

2+ 1

2arctg x

]√3

0≈ 1, 23

Helyettesıteses integralas

1. (a)∫x√x+ 1 dx =

∫(t2 − 1) · t · 2t dt =

∫(2t4 − 2t2) dt

∗=

t =√x+ 1 x = t2 − 1

dx

dt= 2t dx = 2tdt

∗= 2 · t

5

5− 2 · t

3

3+ C = 2 ·

(√x+ 1

)5

5− 2 ·

(√x+ 1

)3

3+ C

(b)∫

x√x+1

dx = 23

√(x+ 1)3 − 2

√x+ 1 + C

(t =√x+ 1)

(c)∫

x+13√x−2

dx = 35

3√

(x− 2)5 + 92

3√

(x− 2)2 + C

(t = 3√x− 2)

(d)∫ (√

x− 2 + x√x−2

)dx = 4

3

√(x− 2)3 + 4

√x− 2 + C

(t =√x− 2)

(e)∫ 3√x+

√x

6√x5

dx =∫ (

x−12 + x−

13

)dx = 2

√x+ 3

2

3√x2 + C

(Tagonkenti osztassal hatvanyfuggvenyek osszege, nincs szukseg helyettesıtesre!)

(f)∫ √

x4√x−1

dx = 45

4√x5 +

4√x4 + 4

3

4√x3 + 2

4√x2 + 4

√x+ ln | 4

√x− 1|+ C

(t = 4√x)

(g)∫

1+√x+ 3√x+ 6√xx+

6√x7

dx =∫

1+t3+t2+tt6+t7

6t5 dt = 6∫ (

t+ 1t

)dt = 3 3

√x+ 6 ln | 6

√x|+ C

(t = 6√x)

(h)∫

ex

e2x+1dx = arctg ex + C

(t = ex)

(i)∫

e2x

ex+1dx = ex − ln(ex + 1) + C

(t = ex)

(j)∫

cos√x dx = 2

√x sin

√x+ 2 cos

√x+ C

(t =√x)

(k)∫

sin 3√x dx = −3

3√x2 cos 3

√x+ 6 cos 3

√x+ 6 3

√x sin 3

√x+ C

(t = 3√x)

(l)∫e√x dx = 2

√xe√x − 2e

√x + C

(t =√x)

6

Page 7: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

(m)∫

1x√x2−1

dx = arctg√x2 − 1 + C

(t =√x2 − 1)

(n)∫x2 · 3√

1− x dx = −3 · (1−x)43

4+ 6 · (1−x)

73

7− 3 · (1−x)

103

10+ C

(t = 3√

1− x = (1− x)13 )

(o)∫x3 · (1− 5x2)10 dx = 1

50· (1−5x2)12

12− 1

50· (1−5x2)11

11+ C

(t = (1− 5x2)10)

2. (a)1∫0

x2

(x+1)√x+1

dx =[

23t3 − 4t− 2

t

]√2

1=[

23

√(x+ 1)3 − 4

√x+ 1− 2√

x+1

]1

0≈ 0, 148

(t =√x+ 1)

(b)1∫0

e2x+ex

ex+2dx = [t− ln(t+ 2)]e1 = [ex − ln(ex + 2)]10 ≈ 1, 265

(t = ex)

(c)

π2

4∫π2

16

sin√x dx = 2 [sin t− t cos t]

π2π4

= 2 [sin√x−√x cos

√x]

π2

4

π2

16

≈ 1, 7

(t =√x)

(d)8∫0

e√

2x dx = [tet − et]40 =[√

2xe√

2x − e√

2x]8

0≈ 164, 8

(t =√

2x)

7

Page 8: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

Integralszamıtas III.

Racionalis fuggvenyek integralasa

1. (a)∫

x3−3x2+1

dx = x2

2− 1

2ln(x2 + 1)− 3 arctg x+ C

Nem valodi racionalis tortfuggveny; polinomosztassal elerjuk, hogy a szamlalo alacsonyabbfoku legyen, mint a nevezo.

(x3 − 3) : (x2 + 1) = x−x− 3

Ez alapjan: x3−3x2+1

= x− x+3x2+1∫

x3−3x2+1

dx =∫ (

x− x+3x2+1

)dx =

∫x dx− 1

2

∫2xx2+1

dx− 3∫

11+x2

dx =

= x2

2− 1

2ln(x2 + 1)− 3 arctg x+ C

(b)∫

10x2−1

dx =∫

5x−1

+ −5x+1

dx = 5 ln∣∣x−1x+1

∣∣+ C

utm.: A nevezo masodfoku, diszkriminansa pozitıv: ket darab egyszeres valos gyoke van,ennek megfeleloen bontjuk parcialis tortek osszegere a fuggvenyt:

10x2−1

= 10(x−1)(x+1)

∗= A

x−1+ B

x+1= A(x+1)+B(x−1)

(x−1)(x+1)

10 = A(x+ 1) +B(x− 1)I. modszer: x-hatvanyok egyutthatoinak egyeztetesevel10 = (A+B)x+ (A−B)

0 = A+B10 = A−B

}⇒ A = 5

B = −5II. modszer: A nevezo gyokeinek behelyettesıtesevel

x = −110 = 0 +B(−2)

B = −5

x = 110 = A · 2 + 0

A = 5

Ebbol: 10x2−1

∗= 5

x−1+ −5

x+1

2. (a)∫

1x2+2x+5

dx = 12

arctg(x+1

2

)+ C

(b)∫

74x2+12x+10

dx = 7∫

1(2x+3)2+1

dx = 7 · arctg(2x+3)2

+ C

3. (a)∫

8x2−3x+2

dx = 8 ln∣∣x−2x−1

∣∣+ C

(b)∫

6x−20x2−4x−12

dx = 2 ln |x− 6|+ 4 ln |x+ 2|+ C

utm.: 6x−20x2−4x−12

= 6x−20(x−6)(x+2)

= Ax−6

+ Bx+2

6x− 20 = A(x+ 2) +B(x− 6)

II. modszerrel:x = 6

36− 20 = 8A+ 016 = 8AA = 2

x = −2−12− 20 = 0 +B · (−8)

−32 = −8BB = 4

8

Page 9: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

Ebbol: 6x−20x2−4x−12

= 2x−6

+ 4x+2

(c)∫

5x+31x2+2x−3

dx = 9 ln |x− 1| − 4 ln |x+ 3|+ C

(d)∫

13x−1014x2−23x+3

dx = 12

ln |2x− 3|+ 37

ln |7x− 1|+ C

(e)∫

8x+38(x−4)(x+1)(x+3)

dx = 2 ln |x− 4| − 3 ln |x+ 1|+ ln |x+ 3|+ C

4. (a)∫ −5x2+10x−13

(x−3)(x−1)2dx = −7 ln |x− 3|+ 2 ln |x− 1| − 4

(x−1)+ C

utm.: A nevezonek egy egyszeres es egy ketszeres valos gyoke van, ennek megfeleloenbontjuk parcialis tortek osszegere a fuggvenyt:

−5x2+10x−13(x−3)(x−1)2

∗= A

x−3+ B

x−1+ C

(x−1)2

megj.: vigyazzunk, a tortek kozos nevezoje (x−3)(x−1)2, nem pedig (x−3)(x−1)(x−1)2!

−5x2 + 10x− 13 = A(x− 1)2 +B(x− 1)(x− 3) + C(x− 3)

A II. modszerrel kezdunk:

x = 1

−5 + 10− 13 = 0 + 0 + C(−2)−8 = −2CC = 4

x = 3

−45 + 30− 13 = A · 4 + 0 + 0−28 = 4AA = −7

Az I. modszer reszleges alkalmazasaval folytatjuk:

x2 egyutthatoi : −5 = A+B−5 = −7 +B

B = 2

Kaptuk: −5x2+10x−13(x−3)(x−1)2

∗= −7

x−3+ 2

x−1+ 4

(x−1)2

(b)∫

2x2−14x+12(x−2)2(x+2)

dx = − ln |x− 2|+ 2x−2

+ 3 ln |x+ 2|+ C

5. (a)∫

8x2−28x+14(x2+1)(x−9)

dx = 5 ln |x− 9|+ 32

ln |x2 + 1| − arctg x+ C

utm.: 8x2−28x+14(x2+1)(x−9)

∗= A

x−9+ Bx+C

x2+1

8x2 − 28x+ 14 = A(x2 + 1) + (Bx+ C)(x− 9)

A II. modszerrel kezdunk:

x = 9

648− 252 + 14 = 82A+ 0410 = 82AA = 5

Az I. modszer reszleges alkalmazasaval folytatjuk:

x2 egyutthatoi : 8 = A+B8 = 5 +BB = 3

x egyutthatoi : −28 = −9B + C−28 = −27 + C

C = −1

Kaptuk:8x2 − 28x+ 14

(x2 + 1)(x− 9)∗=

5

x− 9+

3x− 1

x2 + 1

9

Page 10: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

(b)∫

2x2+3x−10(x2+4)(x−6)

dx = 2 ln |x− 6|+ 32

arctg x2

+ C

utm.: A nevezoben szereplo masodfoku tenyezo diszkriminansa negatıv: a nevezonek nemcsak valos gyokei vannak; ennek megfeleloen bontjuk parcialis tortek osszegere a fuggvenyt:

2x2+3x−10(x2+4)(x−6)

∗= A

x−6+ Bx+C

x2+4

2x2 + 3x− 10 = A(x2 + 4) + (Bx+ C)(x− 6)

A II. modszerrel kezdunk:

x = 672 + 18− 10 = A · 40 + 0

80 = 40AA = 2

Az I. modszer reszleges alkalmazasaval folytatjuk:

x2 egyutthatoi : 2 = A+B2 = 2 +BB = 0

x egyutthatoi : 3 = −6B + C3 = 0 + CC = 3

Kaptuk: 2x2+3x−10(x2+4)(x−6)

∗= 2

x−6+ 0x+3

x2+4= 2

x−6+ 3

x2+4

(c)∫

5x2+15x+37(x2+6x+13)(x−2)

dx =∫ (

2x+1x2+6x+13

+ 3x−2

)dx =

∫2x+6

x2+6x+13dx− 5

∫1

(x+3)2+4+∫

3x−2

dx =

= ln(x2 + 6x+ 13)− 52

arctg(x+3

2

)+ 3 ln |x− 2|+ C

(d)∫ −8x2+8x−4

(9x2−6x+5)(x+1)dx = 1

18ln(9x2 − 6x+ 5) + 2

9arctg

(3x−1

2

)− ln |x+ 1|+ C

6. (a)∫

3x3−7x2−39x−54x2−3x−10

dx = 32x2 + 2x− 7 ln |x− 5|+ 4 ln |x+ 2|+ C

utm.: A szamlalo nem alacsonyabb foku, mint a nevezo: polinomosztas.

(3x3 − 7x2 − 39x− 54) : (x2 − 3x− 10) = 3x+ 22x2 − 9x− 54−3x− 34

Ebbol: 3x3−7x2−39x−54x2−3x−10

= 3x+ 2− 3x+34x2−3x−10

Parcialis tortekre bontas: 3x+34x2−3x−10

= 3x+34(x−5)(x+2)

∗= A

x−5+ B

x+2

3x+ 34 = A(x+ 2) +B(x− 5)

II. modszerrel:

x = −2−6 + 34 = 0 +B(−7)

28 = −7BB = −4

x = 515 + 34 = A · 7 + 0

49 = 7AA = 7

Ebbol:3x+ 34

x2 − 3x− 10∗=

7

x− 5− 4

x+ 2

Osszessegeben tehat: 3x3−7x2−39x−54x2−3x−10

= 3x+ 2− 7x−5

+ 4x+2

(b)2∫0

4x3+22x2+40x+20(x+3)2(x2+1)

dx =[ln |x+ 3|+ 1

x+3+ 3

2ln(x2 + 1) + 2 arctg x

]20≈ 5

10

Page 11: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

(c)∫

x5−5x4−x3+21x2−25x+12x3−5x2+4x

dx = x3

3− 5x+ 3 ln |x| − ln |x− 1| − 6 ln |x− 4|+ C

utm.: A szamlalo nem alacsonyabb foku, mint a nevezo: polinomosztas.

(x5 − 5x4 − x3 + 21x2 − 25x+ 12) : (x3 − 5x2 + 4x) = x2 − 5−5x3 + 21x2 − 25x+ 12

−4x2 − 5x+ 12

Ebbol: x5−5x4−x3+21x2−25x+12x3−5x2+4x

= x2 − 5 + −4x2−5x+12x3−5x2+4x

Parcialis tortekre bontas: −4x2−5x+12x3−5x2+4x

= −4x2−5x+12x(x−1)(x−4)

∗= A

x+ B

x−1+ C

x−4

−4x2 − 5x+ 12 = A(x− 1)(x− 4) +Bx(x− 4) + Cx(x− 1)

x = 00− 0 + 12 = A(−1)(−4) + 0 + 0

12 = 4AA = 3

x = 1−4− 5 + 12 = 0 +B · 1 · (−3) + 0

3 = −3BB = −1

x = 4−64− 20 + 12 = 0 + 0 + C · 4 · 3

−72 = 12CC = −6

Ebbol: −4x2−5x+12x3−5x2+4x

∗= 3

x− 1

x−1− 6

x−4

Osszessegeben tehat: x5−5x4−x3+21x2−25x+12x3−5x2+4x

= x2 − 5 + 3x− 1

x−1− 6

x−4

(d)∫

x3+2x2+7x−1x4+5x2+4

dx = ln(x2 + 1)− 12

ln(x2 + 4)− arctg x+ 32

arctg(x2

)+ C

Irracionalis fuggvenyek integralasa

1. (a)∫

(2√x3 − 4 3

√x− 1) dx = 4

5

√x5 − 3 3

√(x− 1)4 + C

(b)∫

(3√x+ 3√x dx =

∫ (3x

12 + x

13

)dx = 2

√x3 + 3

4

3√x4 + C

(c)∫ (

2√

(x+ 2)5 + 4√

2x+ 1− 3 7√

3x+ 11)

dx =

= 47

√(x+ 2)7 + 2

54√

(2x+ 1)5 − 78

7√

(3x+ 11)8 + C

(d)∫ √

1− x2 dx = 12

arcsinx+ 12x√

1− x2 + C

(x = sin t)

(e)∫ √

4− x2 dx = 2 arcsin(x2

)+ x√

1−(x2

)2+ C

(x2

= sin t)

(f)∫ √

1− 3x2 dx = 12√

3arcsin

(√3x)

+ 12x√

1− 3x2 + C

(sin t =√

3x)

(g)∫ √−x2 − 2x dx = 1

2arcsin(x+ 1) + 1

2(x+ 1)

√1− (x+ 1)2 + C

(x+ 1 = sin t)

(h)∫ √−x2 + 6x− 5 dx = 2 arcsin

(x−3

2

)+ (x− 3)

√1−

(x−3

2

)2+ C

(x−32

= sin t)

(i)∫ √

1 + 9x2 dx = 16

arsh 3x+ 12x√

1 + 9x2 + C

(3x = sh t)

(j)∫ √

x2 − 25 dx = 12x√x2 − 25− 25

2arch x

5+ C

(x5

= ch t)

11

Page 12: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

2. (a)∫

2x√x2+6

dx =∫

2x · (x2 + 6)−12 dx = (x2+6)

12

12

+ C = 2√x2 + 6 + C

fαf ′ alaku integrandus

(b)∫

3x−6√x2−4x+1

dx = 32

∫2x−4√x2−4x+1

dx = 32

∫(2x− 4)(x2 − 4x+ 1)−

12 dx =

= 32· (x2−4x+1)−

12

12

+ C = 3√x2 − 4x+ 1 + C

fαf ′ alaku integrandus

(c)∫

10√4−x2 dx = 10

2

∫1√

1−(x2

)2dx = 10 arcsin

(x2

)+ C

f(ax+ b) alaku integrandus

(d)∫

6√1+16x2

dx = 6∫

1√1+(4x)2

dx = 6 · arsh 4x4

+ C

f(ax+ b) alaku integrandus

(e)∫

4x−3√9−4x2

dx = −√

9− 4x2 − 32

arcsin(

2x3

)+ C

(2x3

= sin t)

(f)∫

10−x√−x2−6x−5

dx = 13 arcsin(x+3

2

)+ 2√

1−(x+3

2

)2+ C

(x+32

= sin t)

12

Page 13: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

Az integralszamıtas alkalmazasai I.

Teruletszamıtas

1. Szamıtsa ki a gorbe es az x-tengely koze zart sıkresz teruletet a megadott intervallumon!

(a) y = x2 − 3x+ 7 [−1, 2 ]

y ≥ 0 ∀x ∈ [−1, 2] eseten, ezert

T =2∫−1

(x2 − 3x+ 7) dx =[x3

3− 3x2

2+ 7x

]2

−1= 117

6≈ 19, 5

(b) y = 12

+ sinx [ 0, π]

y ≥ 0 ∀x ∈ [0, π] eseten, ezert

T =π∫0

(12

+ sinx)

dx =[

12x− cosx

]π0

= 2 + π2≈ 3, 57

(c) y = ex − 1 [−1, 1 ]

ex − 1 = 0, ha x = 0, tovabba ex − 1 < 0, ha x ∈ [−1, 0[ ill. ex − 1 > 0, ha x ∈]0, 1], ezert

T =

∣∣∣∣ 0∫−1

(ex − 1) dx

∣∣∣∣+1∫0

(ex − 1) dx =∣∣[ex − x]0−1

∣∣+ [ex − x]10 =

=∣∣(1− 0)− (1

e+ 1)

∣∣+ (e− 1)− (1− 0) = 1e

+ e− 2 ≈ 1, 086

(d) y = sin2 x− 14

[0, π ]

zerushelyek: sin2 x = 14⇒ sinx = ±1

2

x∈[0,π]⇒ sinx = 12⇒

x1 = π

6

x2 = 5π6

msz.:∫ (

sin2 x− 14

)dx =

∫ (1−cos 2x

2− 1

4

)dx = . . . = 1

4(x− sin 2x) + C

T =∣∣∣[1

4(x− sin 2x)

]π6

0

∣∣∣+[

14

(x− sin 2x)] 5π

6π6

+∣∣∣[1

4(x− sin 2x)

]π5π6

∣∣∣ = . . . ≈ 1, 1278

2. Szamıtsa ki az alabbi, parameteres alakban megadott gorbe es az x-tengely kozotti sıkreszteruletet a megadott intervallumon!

keplet: T = ±β∫α

y(t) · x(t) dt

(− , hax szig. mon. csokk.+ , hax szig. mon. no

)

gyakorlatban: T =

∣∣∣∣∣∣β∫α

y(t) · x(t) dt

∣∣∣∣∣∣(a) x = 2 cos t , y = sin t [ 0, π]

T = −π∫0

sin t(−2 sin t) dt = 2π∫0

sin2 t dt = π

Linearizalo formulaval.

(b) x = t− sin t , y = 1− cos t [ 0, 2π]

T =2π∫0

(1− cos t)(1− cos t) dt =[t− 2 sin t+ t

2+ 1

4sin 2t

]2π0

= 3π

Linearizalo formulaval.

13

Page 14: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

(c) x = t2 − 3t , y = et [ 2, 4]

T =4∫2

et · (2t− 3)︸ ︷︷ ︸parc. int.

dt = [et · (2t− 5)]42 ≈ 171, 2

(d) x = t2 − 1 , y = sin t [ 0, π](A peldaban egyebkent adott [2, 4] intervallum nem szerencses, mert ott a sin fv.-nek zerushelye van.)

T =π∫0

2t sin t︸ ︷︷ ︸parc. int.

dt = [−2t cos t+ 2 sin t]π0 = 2π ≈ 6, 28

3. Szamıtsa ki az adott gorbek altal hatarolt korlatos sıkresz teruletet!

(a) y = 6x− x2 − 7 , y = x− 3

6x− x2 − 7 = x− 3 ⇒ x = 1 v. x = 4 ⇒ Az [1, 4] int.-on integralunk.

T =4∫1

((6x− x2 − 7)− (x− 3)) dx = . . . = 4, 5

(b) y = 2x2ex , y = −x3ex

2x2ex = −x3ex ⇒ x = −2 v. x = 0 ⇒ A [−2, 0] int.-on integralunk.

T =0∫−2

((2x2ex)− (−x3ex)) dx =0∫−2

(2x2ex + x3ex)︸ ︷︷ ︸parc. int.

dx = [ex(x3 − x2 + 2x− 2)]0−2 =

= 18e2− 2 ≈ 0, 43

(c) y = x3 , y = 4x

x3 = 4x ⇒ x = −2 v. x = 0 v. x = 2 ⇒ A [−2, 0] ill. [0, 2] int.-on integralunk.

T =0∫−2

(x3 − 4x) dx+2∫0

(4x− x3) dx =[x4

4− 4x2

2

]0

−2+[

4x2

2− x4

4

]2

0= 8

Mindket fv. paratlan, ıgy a szimmetria miatt T = 22∫0

(4x− x3) dx

(d) y = sinx , y =2x

π

sinx = 2xπ⇒ x = −π

2v. x = 0 v. x = π

2

Mivel mindket fv. paratlan, ıgy a szimmetria miatt eleg a [0, π2] int.-on integralnunk.

T = 2

π2∫

0

(sinx− 2

πx)

dx = 2[− cosx− 2

π· x2

2

]π2

0≈ 0, 43

(e) y = x2 , y2 = x

T =1∫0

(√x− x2) dx = . . . = 1

3

4. Hatarozza meg az y = cosx es y = sin 2x gorbek kozotti teruletet a[0; π

2

]intervallumban!

Metszespontok: a cosx = sin 2x egyenletnek a[0; π

2

]intervallumba eso megoldasai.

Ezek: x = π6

ill. x = π2. Erdemes abrazolni a fuggvenygrafikonokat.

14

Page 15: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

T =

π6∫

0

(cosx− sin 2x) dx+

π2∫π6

(sin 2x− cosx) dx = . . . = 12

5. Szamıtsa ki a parameteres alakban megadott gorbe altal hatarolt sıkidom teruletet!

keplet: T =

∣∣∣∣∣∣β∫α

y(t) · x(t) dt

∣∣∣∣∣∣(a) x = t2 − 1 , y = sin t , t ∈ [−π, π]

T =

∣∣∣∣ π∫−π

sin t · 2t dt

∣∣∣∣ parcialis int.=

∣∣[−2t cos t+ 2 sin t]π−π∣∣ = |4π| = 4π ≈ 12, 57

(b) x = cos2 t , y = sin 2t , t ∈ [0, π]

T =

∣∣∣∣ π∫0

sin 2t · 2 cos t(− sin t) dt

∣∣∣∣ =

∣∣∣∣− π∫0

sin2 2t dt

∣∣∣∣ linearizalo form.=

∣∣− [12t− 1

8sin 4t

]π0

∣∣ =

=∣∣−π

2

∣∣ = π2≈ 1, 57

(c) x = t2 , y = t3 − 4t , t ∈ [−2, 2]

T =

∣∣∣∣ 2∫−2

(t3 − 4t)2t dt

∣∣∣∣ =

∣∣∣∣ 2∫−2

(2t4 − 8t2 dt

∣∣∣∣ =

∣∣∣∣[2t5

5− 8t3

3

]2

−2

∣∣∣∣ =∣∣−256

15

∣∣ ≈ 17, 07

Testek terfogata

1. Egy negyzet alapu egyenes gula alapele 2m, magassaga 4m. A gula terfogata az ismert V =a2m

3

keplet alapjan16

3m3. Szamıtsuk ki a gula terfogatat integralassal, ıgy ellenorizve a fenti keplet

helyesseget!

2. Egy hengerbol, melynek alaplapja 3 cm sugaru kor, egy eket vagunk le egy az alaplappal 45◦-osszoget bezaro sıkkal, ami atmegy az alaplap kozeppontjan. Mekkora az ek terfogata?

Mo.: V = 18.

3. Egy test alaplapja az y = x2 − 1 es y = 1 − x2 gorbek koze zart terulet az xy sıkon, az x-tengelyre meroleges metszetei szabalyos haromszogek. Szamıtsuk ki a test terfogatat!

Mo.: V = 16√

315≈ 1, 85

4. Szamıtsa ki az adott gorbeıvnek az x-tengely koruli megforgatasaval kapott forgastest terfogatat!

keplet: V = π

b∫a

y2(x) dxkepletgy.

= π

b∫a

f 2(x) dx

(a) y = 4− x2 [−2, 2 ]

V = π2∫−2

(x4 − 8x2 + 16) dx = 512π15≈ 107, 23

15

Page 16: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

(b) y =1√

cosx

[0,π

6

]V = π

π6∫

0

1cosx

dx = π[ln∣∣∣1+tg x

2

1−tg x2

∣∣∣]π60

= π2

ln 3 ≈ 1, 726

Az integralas a kepletgyujtemenyben is szereplo t = tg x2

helyettesıtessel vegezheto el.

Utm.:

t = tgx

2x = 2 arctg t

dx

dt=

2

1 + t2dx =

2

1 + t2dt cosx =

1− t2

1 + t2

(c) y =√xe−x [ 0, 1]

V = π1∫0

xe−2x dx = π[e−2x

(−1

2x− 1

4

)]10≈ 0, 466

5. Forgassuk az f(x) =√x fuggveny, az x = 4 egyenes es az y = 1 egyenes altal hatarolt korlatos

sıkidomot az y = 1 egyenes korul! Mekkora a keletkezett forgastest terfogata?

Utm.: toljuk el az abrat a v(−1;−1) vektorral.

V = π3∫0

(√x+ 1− 1

)2dx = . . . = 7π

6

6. Forgassuk meg az y = ex , y = e−x es az x = 1 egyenletu gorbek altal hatarolt veges tartomanytaz x-tengely korul! Mekkora a keletkezett forgastest terfogata?

Mo.: V = π1∫0

e2x dx− π1∫0

e−2x dx = π2

[e2x + e−2x]10 = π

2

(e2 + 1

e2− 2)≈ 8, 67

Mekkora annak a forgastestnek a terfogata, amelyet ugy nyerunk, hogy ugyanezen sıkidomotaz y-tengely korul forgatjuk meg?

Mo.: V = πe∫1e

1 dy −

π 1∫1e

(− ln y)2 dy + πe∫

1

(ln y)2 dy

= πe∫1e

1 dy − πe∫1e

(ln y)2 dy =

= πe∫1e

(1− ln2 y

)dy = π

[−y − y ln2 y + 2y ln y

]e1e

= 4πe≈ 4, 623

(∫

ln2 y dy parcialis integralassal)

7. Szamıtsa ki a kovetkezo, parameteresen megadott gorbeıvek x-tengely koruli megforgatasavalkapott forgastestek terfogatat!

keplet: V = ± πt2∫t1

y2(t) · x(t) dt

(− , hax szig. mon. csokk.+ , hax szig. mon. no

)

gyakorlatban: V =

∣∣∣∣∣∣πt2∫t1

y2(t) · x(t) dt

∣∣∣∣∣∣ kepletgy.=

∣∣∣∣∣∣πt2∫t1

ψ2(t) · ϕ(t) dt

∣∣∣∣∣∣(a) x = cos t , y = sin 2t t ∈

[0,π

2

]V = −π

π2∫

0

sin2 2t(− sin t) dt = 4π

π2∫

0

sin3 t cos2 t dt = 4π

π2∫

0

sin t(1− cos2 t) cos2 t dt =

16

Page 17: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

= 4π

π2∫

0

(sin t cos2 t− sin t cos4 t) dt = 4π[− cos3 t

3+ cos5 t

5

]π2

0= 8π

15≈ 1, 67

(b) x = t2 + t , y = et t ∈ [0, 3]

V = π3∫0

e2t(2t+ 1) dt = π [te2t]30 = 3πe6 ≈ 3802

Ivhossz szamıtasa

1. Szamıtsa ki a gorbeıv hosszat a megadott intervallumban!

keplet: s =

b∫a

√1 + (y′(x))2 dx

kepletgy.=

b∫a

√1 + (f ′(x))2 dx

(a) y = 2x32 [ 0; 11]

s =11∫0

√1 + 9x dx = 74

f(ax+ b) alaku integrandus.

(b) y =1

3(x2 + 2)

32 [ 0; 4]

s =4∫0

√x4 + 2x2 + 1 dx =

4∫0

(x2 + 1) dx = . . . = 763

(c) y = x6

√x+ 12 [−11;−3]

s =−3∫−11

x+164√x+12

dx =[

16

√(x+ 12)3 + 2

√x+ 12

]−3

−11= 25

3

Az integralas a t =√x+ 12 helyettesıtessel vegezheto el.

(d) y = ln sin x[π3; 2π

3

]s =

2π3∫π3

√1 + ctg2 x dx =

[ln(tg x

2

)] 2π3π3

= ln 3 ≈ 1, 1

Utm.:∫ √

1 + ctg2 x dx =∫ √

sin2x+cos2 xsin2 x

dx =∫ √

1sin2 x

dx =∫

1sinx

dx

Az integralas a kepletgyujtemenyben is szereplo t = tg x2

helyettesıtessel vegezheto el.

t = tgx

2x = 2 arctg t

dx

dt=

2

1 + t2dx =

2

1 + t2dt sinx =

2t

1 + t2

(e) y = lnx− x2

8[1; 2]

s =2∫1

(1x

+ x4

)dx = . . . = ln 2 + 3

8≈ 1, 07

(f) y =√

1− x2[− 1

2; 1

2

]s =

12∫− 1

2

1√1−x2 dx = . . . = π

3≈ 1, 047

17

Page 18: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

(g) y = 3 +ch 2x

2[0; 1]

s =1∫0

ch 2x dx = . . . = e2−e−2

4≈ 1, 81

(h) y = ln(1− x2)[0; 1

2

]s =

12∫

0

1+x2

1−x2 dx =

12∫

0

(−1 + 2

1−x2)

dx . . . = −12

+ ln 3 ≈ 0, 6

2. Szamıtsa ki az alabbi, parameteresen megadott gorbeıv hosszat a megadott intervallumon!

keplet: s =

t2∫t1

√x 2(t) + y 2(t) dt

kepletgy.=

t2∫t1

√ϕ 2(t) + ψ 2(t) dt

(a) x = t2 , y = t(

13− t2

)t ∈[0, 1

3

]s =

13∫

0

√(2t)2 + (1

3− 3t2)2 dt =

13∫

0

√9(t2 + 1

9)2 dt =

13∫

0

3(t2 + 1

9

)dt =

[t3 + 1

3t] 1

3

0= 4

27

(b) x = et sin t , y = et cos t t ∈ [ 0, ln 2]

s =ln 2∫0

√2e2t dt =

ln 2∫0

√2et dt =

[√2et]ln 2

0=√

2

Utm.:x(t) = et(sin t+ cos t)y(t) = et(cos t− sin t)

}⇒ x2(t) = e2t(sin2 t+ 2 sin t cos t+ cos2 t)

y2(t) = e2t(sin2 t− 2 sin t cos t+ cos2 t)

}⇒

x2(t) + y2(t) = e2t(2(sin2 t+ cos2 t)

)= 2e2t

Felszınszamıtas

1. Szamıtsa ki a gorbe x-tengely koruli forgatasaval nyert forgastest palastfelszınet!

keplet: F = 2π

b∫a

y(x)√

1 + (y′(x))2 dxkepletgy.

= 2π

b∫a

f(x)√

1 + (f ′(x))2 dx

(a) y =1

3x3 x ∈ [0; 1]

y′(x) = x2 ⇒ (y′(x))2 = x4

F = 2π1∫0

13x3 ·√

1 + x4 dx = 2π12

1∫0

4x3(1 + x4)12 dx = π

6

[(1+x4)

32

32

]1

0

=

= 2π18

[√(1 + x4)3

]1

0= π

9

(√8−√

1)≈ 0, 64

(b) y =√

9− x2 x ∈ [−3; 3]

y′(x) = 12√

9−x2 · (−2x) ⇒ (y′(x))2 = 4x2

4(9−x2)= x2

9−x2 ⇒

1 + (y′(x))2 = 9−x29−x2 + x2

9−x2 = 99−x2

18

Page 19: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

F = 2π3∫−3

√9− x2 ·

√9

9−x2 dx = 2π3∫−3

√9− x2 · 3√

9−x2 dx = 2π3∫−3

3 dx = 2π [3x]3−3 =

2π(9− (−9)) = 36π ≈ 113, 1

(megj.: origo kozeppontu, 3-sugaru gomb felszınerol van szo: F = 4πr2 = 36π)

(c) y =√

3− 2x x ∈ [0; 1]

y′(x) = 12√

3−2x· (−2) ⇒ (y′(x))2 = 4

4(3−2x)= 1

3−2x⇒

1 + (y′(x))2 = 3−2x3−2x

+ 13−2x

= 4−2x3−2x

F = 2π1∫0

√3− 2x ·

√4−2x3−2x

dx = 2π1∫0

√3− 2x ·

√4−2x√3−2x

dx = 2π1∫0

√4− 2x dx =

= 2π

[(−2x+4)

32

32·(−2)

]1

0

= −2π3

(√(−2 + 4)3 −

√(0 + 4)3

)= −2π

3(√

8− 8) ≈ 10, 83

(d) y =√

2x− 4 x ∈ [2; 3]

y′(x) = 12√

2x−4· 2 = 1√

2x−4⇒ (y′(x))2 = 1

2x−4⇒

1 + (y′(x))2 = 2x−42x−4

+ 12x−4

= 2x−32x−4

F = 2π3∫2

√2x− 4 ·

√2x−32x−4

dx = 2π3∫2

√2x− 4 ·

√2x−3√2x−4

dx = 2π3∫2

√2x− 3 dx =

= 2π

[(2x−3)

32

32·2

]3

2

= 2π3

(3

32 − 1

32

)= 2π

3(√

27− 1) ≈ 8, 79

(e) y =x3

9x ∈ [0; 2]

F = 2π2∫0

x3

9·√

1 + x4

9dx ≈ 3, 8 (fα · f ′ alaku integrandus)

(f) y = chx x ∈ [0; ln 2]

F = 2πln 2∫0

chx ·√

1 + sh2 x dx = 2πln 2∫0

ch2 x dx ≈ 5, 13

(ch2 x-re vonatkozo linearizalo formulaval)

2. Forgassa meg az alabbi, parameteres egyenletrendszerrel felırt gorbek megadott darabjat azx-tengely korul, es szamıtsa ki a keletkezo forgastestek palastjanak felszınet!

keplet: F = 2π

b∫a

y(t)√x2(t) + y2(t) dt

kepletgy.= 2π

t2∫t1

ψ(t)

√ϕ2(t) + ψ2(t) dt

(a) x = t2 y = t t ∈ [0, 1]

x(t) = 2t

y(t) = 1

}⇒ x2(t) + y2(t) = 4t2 + 1

19

Page 20: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

F = 2π1∫0

t√

4t2 + 1 dt = 2π8

1∫0

8t(4t2 + 1)12︸ ︷︷ ︸

f ′·fα

dt = π4

[(4t2+1)

32

32

]1

0

= 2π12

[√(4t2 + 1)3

]1

0=

= π6(√

125−√

1) ≈ 5, 33

(b) x = a cos2 t y = a sin2 t t ∈ [0, π2]

x(t) = a · 2 cos t(− sin t)

y(t) = a · 2 sin t cos t

}⇒ x2(t) + y2(t) = 8a2 sin2 t cos2 t

F = 2π

π2∫

0

a sin2 t√

8a2 sin2 t cos2 t dt = 2π

π2∫

0

a sin2 t · 2√

2 · a sin t cos t dt =

= 4√

2a2π

π2∫

0

cos t sin3 t︸ ︷︷ ︸f ′·fα

dt = 4√

2a2π[

sin4 t4

]π2

0= 4√

2a2π(

14− 0)

=√

2a2π ≈ 4, 44

(megj.: Olyan forgaskup palastfelszınerol van szo, amely kup alapkorenek sugara a, magassaga a, alkotoja√

2a.)

(c) x = et cos t y = et sin t t ∈ [0, π2]

x(t) = et cos t− et sin t = et(cos t− sin t)

y(t) = et cos t+ et sin t = et(cos t+ sin t)

}⇒ x2(t) + y2(t) =

= e2t(cos2 t−2 cos t sin t+sin2 t)+e2t(cos2 t+2 cos t sin t+sin2 t) = e2t·2(cos2 t+sin2 t) = 2e2t

F = 2π

π2∫

0

et sin t√

2e2t dt = 2√

π2∫

0

et(sin t)et dt = 2√

π2∫

0

e2t sin t︸ ︷︷ ︸parcialis int.

dt = . . . =

= 2√

2π[−1

5e2t cos t+ 2

5e2t sin t

]π2

0= 2√

2π((0 + 2

5eπ)− (−1

5+ 0)

)≈ 84, 02

(d) x = cos t+ ln(tg(t2

))y = sin t t ∈ [π

2, 3π

4]

x(t) = − sin t+ 1tg t

2

· 1cos2 t

2

· 12

= − sin t+ 12 sin t

2cos t

2

= − sin t+ 1sin t

y(t) = cos t

x2(t) + y2(t) = sin2 t− 2 + 1sin2 t

+ cos2 t = 1sin2 t− 1 = 1−sin2 t

sin2 t= cos2 t

sin2 t

F = 2π

3π4∫π2

sin t ·√

cos2 tsin2 t

dt = 2π

3π4∫π2

∣∣ cos t︸︷︷︸≤0

∣∣ dt = 2π

3π4∫π2

(− cos t) dt = 2π [− sin t]3π4π2

=

= 2π(−√

22

+ 1)≈ 1, 84

20

Page 21: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

Improprius integralok

Integralas vegtelen intervallumon

1. (a)

∞∫− ln 2

e−2x dx = limω→∞

ω∫− ln 2

e−2x dx = limω→∞

[e−2x

−2

]ω− ln 2

=

= limω→∞

(e−2ω

−2− e−2(− ln 2)

−2

)= 0 +

1

2eln 4 =

1

2· 4 = 2

megj.: a tovabbiakban limω→∞

[F (x)]ωa helyett roviden [F (x)]∞a jeleket ırunk.

(b)∞∫0

x1+x2

dx = 12

∞∫0

2x1+x2

dx = 12

[ln |1 + x2|]∞0 =

= 12

(limx→∞

ln(1 + x2)− ln(1 + 0))

= ”12(∞− 0)” =∞

(Az improprius integral divergens.)

(c)∞∫√

2

x(x2+1)3

dx = 12

∞∫√

2

2x(x2 + 1)−3︸ ︷︷ ︸f ′·fα

dx = 12

[(x2+1)−2

−2

]∞√

2=

= −14

[1

(x2+1)2

]∞√

2= −1

4

(limx→∞

1

(x2 + 1)2− 1

(2 + 1)2

)= −1

4

(0− 1

9

)= 1

36≈ 0, 0277

(d)∞∫e

dxx ln2 x

=∞∫e

1x ln2 x

dx =∞∫e

1x· ln−2 x dx =

[ln−1 x−1

]∞e

= −[

1lnx

]∞e

=

= −(

limx→∞

1

lnx− 1

ln e

)= −(0− 1) = 1

(e)∞∫0

1x2+2x+2

dx =∞∫0

1(x+1)2+1

dx = [arctg(x+ 1)]∞0 = limx→∞

arctg(x+ 1)− arctg(1) =

= π2− π

4= π

4≈ 0, 785

(f)∞∫1

(2x+ 3)e1−x︸ ︷︷ ︸parcialis int.

dx = . . . = [(−2x− 5)e1−x]∞1 =

(limx→∞

(−2x− 5)e1−x)− (−7) =

=

(limx→∞

−2x− 5

ex−1

)+ 7

L’H=

(limx→∞

−2

ex−1

)+ 7 = 0 + 7 = 7

(g)∞∫0

dxex+√ex∗=

msz.: t =√ex helyettesıtessel:

t =√ex ⇒ t2 = ex ⇒ x = ln t2 ⇒ dx

dt=

1

t2· 2t =

2

t⇒ dx =

2

tdt∫

1

ex +√ex

dx =

∫1

t2 + t· 2

tdt =

∫2

t3 + t2dt =

∫2

t2(t+ 1)dt =

21

Page 22: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

=

∫ (A

t+B

t2+

C

t+ 1

)︸ ︷︷ ︸

parc. tortekre bontas

dtHF=

∫ (−2

t+

2

t2+

2

t+ 1

)dt =

= −2 ln |t| − 2

t+ 2 ln |t+ 1|+ C = 2 ln

∣∣∣∣t+ 1

t

∣∣∣∣− 2

t+ C = 2 ln

∣∣∣∣√ex + 1√ex

∣∣∣∣− 2√ex

+ C

∗= lim

x→∞

(2 ln

∣∣∣∣√ex + 1√ex

∣∣∣∣− 2√ex

)−

(2 ln

∣∣∣∣∣√e0 + 1√e0

∣∣∣∣∣− 2√e0

)=

= limx→∞

(2 ln

∣∣∣∣1 +1√ex

∣∣∣∣− 2√ex

)−

(2 ln

∣∣∣∣∣√e0 + 1√e0

∣∣∣∣∣− 2√e0

)=

= (0− 0)− (2 ln 2− 2) = 2− 2 ln 2 ≈ 0, 61

(h)0∫−∞

ex+1 dx = [ex+1]0−∞ = e0+1 − lim

x→−∞ex+1 = e− 0 = e ≈ 2, 72

(i)−1∫−∞

x2e2x︸ ︷︷ ︸parc. int.

dx =[(

x2

2− x

2+ 1

4

)e2x]−1

−∞=(

12

+ 12

+ 14

)1e2− lim

x→−∞

(x2

2− x

2+

1

4

)e2x︸ ︷︷ ︸

∞·0

=

=5

4e2− lim

x→−∞

x2

2− x

2+ 1

4

e−2x

L’H=

5

4e2− lim

x→−∞

x− 12

−2e−2x

L’H=

5

4e2− lim

x→−∞

1

4e−2x=

= 54e2− 0 = 5

4e2≈ 0, 17

(j)∞∫−∞

dx1+4x2

=∞∫−∞

11+(2x)2

dx =[

arctg 2x2

]∞−∞ = lim

x→∞

arctg 2x

2− limx→−∞

arctg 2x

2=π

4−(−π

4

)=π

2

(k)∞∫−∞

xe−x2

2 dx = −∞∫−∞

(−x)e−x2

2︸ ︷︷ ︸g′(x)·f(g(x))

dx = −[e−

x2

2

]∞−∞

= −(

limx→∞

e−x2

2 − limx→−∞

e−x2

2

)=

= −(0− 0) = 0

megj.: Ez ugy lehetseges, hogy az xe−x2

2 integrandus paratlan fuggveny.

Adott intervallumon nem korlatos fuggveny integralasa

1. (a)1∫0

dx√1−x

∗=

[(1−x)

12

12·(−1)

]1

0

= −2[√

1− x]1

0= −2

(limx→1−

√1− x−

√1− 0

)= −2(0− 1) = 2

(∗) Az f(x) = 1√1−x fuggveny nincs ertelmezve az x = 1 helyen, tovabba lim

x→1−

1√

1− x=

1

0+= ∞, ezert improprius

integralrol van szo.

(b)1∫0

dx

1− x2︸ ︷︷ ︸kepletgy.

∗=[

12

ln∣∣1+x

1−x

∣∣]10

=1

2limx→1−

ln

∣∣∣∣1 + x

1− x

∣∣∣∣− 1

2ln

∣∣∣∣1 + 0

1− 0

∣∣∣∣ =1

2· ∞ − 1

2· 0 =∞

Az improprius integral divergens.(∗) Az f(x) = 1

1−x2 fuggveny nincs ertelmezve az x = 1 helyen, tovabba limx→1−

1

1− x2=

1

0+= ∞, ezert improprius

integralrol van szo.

22

Page 23: Integr alsz am t as I.users.nik.uni-obuda.hu/gberta/analgyaksorok/07_integralszamitas.pdf · Integr alsz am t as I. Az el}oad ashoz kapcsol od o feladatsor megold okulcsa V egezze

(c)

π2∫

0

cosx√sinx

dx∗=

π2∫

0

cosx(sinx)−12︸ ︷︷ ︸

f ′·fα

dx =[2√

sinx]π

2

0= 2√

sin π2−2 lim

x→0+

√sinx = 2 ·1−2 ·0 = 2

(∗) Az f(x) = cos x√sin x

fuggveny nincs ertelmezve az x = 0 helyen, tovabba limx→0+

cosx√

sinx=

1

0+= ∞, ezert improprius

integralrol van szo.

(d)4∫0

dxx+√x

∗= [2 ln |

√x+ 1|]40 = 2 ln 3− lim

x→0+ln∣∣√x+ 1

∣∣ = 2 ln 3 ≈ 2, 2

t =√x helyettesıtessel

∫1

x+√x

dx =∫

2tt2+t

dt =∫

2t+1

dt = 2 ln |t+ 1|+ C = 2 ln∣∣√x+ 1

∣∣+ C

(∗) Az f(x) = 1x+√x

fuggveny nincs ertelmezve az x = 0 helyen, tovabba limx→0+

1

x+√x

=1

0+= ∞, ezert improprius

integralrol van szo.

(e)1∫0

lnx︸︷︷︸parc. int.

dx∗= [x lnx− x]10 = (0− 1)− lim

x→0+(x lnx− x) = (0− 1)− 0 = −1

felh.: limx→0+

x lnx = limx→0+

lnx1x

L’H= lim

x→0+

1x

− 1x2

= limx→0+

(−x) = 0−

(∗) Az f(x) = lnx fuggveny nincs ertelmezve az x = 0 helyen, tovabba limx→0+

lnx = −∞, ezert improprius integralrol van

szo.

(f)1∫−1

dx1−x2

A (b) feladat alapjan1∫0

dx1−x2 =∞, ıgy ez az improprius integral is divergens:

1∫−1

dx1−x2 =∞

(g)1∫0

dxx ln2 x

∗=

1∫0

1

x· (lnx)−2︸ ︷︷ ︸f ′·fα

dx =[− 1

lnx

]10

=

(− lim

x→1−

1

lnx

)−(− lim

x→0+

1

lnx

)=∞− 0 =∞

(∗) Az f(x) = 1x ln2 x

fuggveny nincs ertelmezve sem az x = 0, sem az x = 1 helyen, tovabba limx→0+

1

x ln2 x= ∞ ill.

limx→1−

1

x ln2 x=∞, ezert improprius integralrol van szo.

(h)π∫0

tg x dx∗=

π2∫

0

tg x dx+π∫π2

tg x dx

(∗) Az f(x) = tg x fuggveny az x = π2

helyen, az integralasi tartomany ([0, π]) egy belso pontjaban nincs ertelmezve.

Mivel

π2∫

0

tg x dx = −π2∫

0

− sinxcosx

dx = [− ln |cosx|]π20 =

(− lim

x→π2−

ln |cosx|

)− (− ln |cos 0|) =

∞+ 0 =∞, ezert aπ∫0

tg x dx integral is divergens.

23