Sommerintegraler

Her kan brukere av forum utfordre hverandre med morsomme oppgaver og nøtter man ønsker å dele med andre. Dette er altså ikke et sted for desperate skrik om hjelp, de kan man poste i de andre forumene, men et sted for problemløsing på tvers av trinn og fag.

Moderatorer: Vektormannen, espen180, Aleks855, Solar Plexsus, Gustav, Nebuchadnezzar, Janhaa

daofeishi
Tyrann
Tyrann
Innlegg: 1486
Registrert: 13/06-2006 02:00
Sted: Cambridge, Massachusetts, USA

Der tror jeg jeg klarte å knekke et av integralene. Jeg er såpass frekk at jeg tillater meg å besvare en av mine egne oppgaver. Det var gitt et hint i boka om at de innerste brøkuttrykkene kunne forenkles.

[tex]x+2\sqrt{2x-4} = x+2\sqrt{2}\sqrt{x-2} = (x-2) + 2\sqrt{2}\sqrt{x-2} + 2 = (\sqrt{x - 2} + \sqrt 2 )^2[/tex]

Vi kan dermed forenkle I4:

[tex] I_4 = \int \sqrt{\sqrt{x+2\sqrt{2x-4}} + \sqrt{x-2\sqrt{2x-4}}} \rm{d} x = \int \sqrt{\sqrt{(\sqrt{x-2} + \sqrt{2})^2} + \sqrt{(\sqrt{x-2}-sqrt{2})^2}} \rm{d}x \\ = \int \sqrt{2\sqrt{x-2}} \rm{d} x = \frac{4\sqrt{2}}{5}(x-2)^{\frac{5}{4}} + C[/tex]
Charlatan
Guru
Guru
Innlegg: 2499
Registrert: 25/02-2007 17:19

Det er jo faktisk flaut :oops:

Jeg er eldre enn dem, og de kan mye mye mer enn meg.
Janhaa
Boltzmann
Boltzmann
Innlegg: 8552
Registrert: 21/08-2006 03:46
Sted: Grenland

daofeishi skrev:Finfint Janhaa :) Boka har også en veldig spennende måte å gjøre dette integralet på, som leder til en litt annerledes (men ekvivalent) løsning.
[tex]I_5 = \int \frac{x^2-8}{x^4+7x^2+64} \rm{d} x = \int \frac{1-\frac{8}{x^2}}{x^2+7+\frac{64}{x^2}} \rm{d}x[/tex]
La [tex]t = x + \frac{8}{x}[/tex]
Da er [tex]{\rm{d}t = 1 - \frac{8}{x^2} \rm{d}x[/tex]
[tex]I_5 = \int \frac{\rm{d}t}{t^2 - 9} = -\frac{1}{3}\rm{arctanh} \left( \frac{1}{3}t \right) + C = -\frac{1}{3}\rm{arctanh} \left( \frac{1}{3}+\frac{8}{3x^2} \right) + C [/tex]
Genial substitusjon... :)

PS
Skjelver litt når jeg reflekterer over nivåforskjellen i integrasjon. Antar dette gjenspeiler endel av/hele pensumet?. Dvs at vgs-pensumet egentlig inneholder tilsvarende analyse 1 og mer til !
Gjelder dette andre realfag også, mon tro?
Da har de en "Mastergrad" i kjemi etter 2 år på universitetet der. :lol:

Sorry, kunne ikke dy mæ. :wink:
La verken mennesker eller hendelser ta livsmotet fra deg.
Marie Curie, kjemiker og fysiker.

[tex]\large\dot \rho = -\frac{i}{\hbar}[H,\rho][/tex]
Janhaa
Boltzmann
Boltzmann
Innlegg: 8552
Registrert: 21/08-2006 03:46
Sted: Grenland

daofeishi skrev:Der tror jeg jeg klarte å knekke et av integralene. Jeg er såpass frekk at jeg tillater meg å besvare en av mine egne oppgaver. Det var gitt et hint i boka om at de innerste brøkuttrykkene kunne forenkles.
[tex]x+2\sqrt{2x-4} = x+2\sqrt{2}\sqrt{x-2} = (x-2) + 2\sqrt{2}\sqrt{x-2} + 2 = (\sqrt{x - 2} + \sqrt 2 )^2[/tex]
Vi kan dermed forenkle I4:
[tex] I_4 = \int \sqrt{\sqrt{x+2\sqrt{2x-4}} + \sqrt{x-2\sqrt{2x-4}}} \rm{d} x = \int \sqrt{\sqrt{(\sqrt{x-2} + \sqrt{2})^2} + \sqrt{(\sqrt{x-2}-sqrt{2})^2}} \rm{d}x \\ = \int \sqrt{2\sqrt{x-2}} \rm{d} x = \frac{4\sqrt{2}}{5}(x-2)^{\frac{5}{4}} + C[/tex]
Den så skikkelig kjip ut i starten, men bedra seg betraktelig.
Pent daofeishi :).
La verken mennesker eller hendelser ta livsmotet fra deg.
Marie Curie, kjemiker og fysiker.

[tex]\large\dot \rho = -\frac{i}{\hbar}[H,\rho][/tex]
Janhaa
Boltzmann
Boltzmann
Innlegg: 8552
Registrert: 21/08-2006 03:46
Sted: Grenland

Observerer umiddelbart at I[sub]6[/sub] er bl. a. et arcsin(x) integral, pga. nevneren. Tror nesten I[sub]6[/sub] er det enkleste av integrala hittil !

[tex]I_6=\int \frac{x^2-3x+1}{\sqrt{1-x^2}}{\rm dx}=\int \frac{x^2}{\sqrt{1-x^2}}{\rm dx}\,-\,3\int \frac{x}{\sqrt{1-x^2}}{\rm dx}\,+\,\int \frac{{\rm dx}}{\sqrt{1-x^2}}=I_{61}+I_{62}+I_{63}[/tex]

[tex]I_{63}=\arcsin(x)+C_1[/tex]


[tex]I_{62}:\;u=1-x^2\;\;\text der {\rm du}=-2x{\rm dx}[/tex]

[tex]I_{62}={3\over 2}\int \frac{{\rm du}}{\sqrt{u}}=3u^{1\over 2}= 3(1-x^2)^{1\over 2}+C_2 [/tex]


[tex]I_{61}:\;\text sett x=\sin(t) og {\rm dx}=\cos(t){\rm dt} og t=\arcsin(x)[/tex]

[tex]I_{61}=\int \frac{\sin^2(t)\cos(t)}{\cos(t)}{\rm dt}=\int \sin^2(t){\rm dt}={t\over 2}\,-\,{1\over 4}\sin(2t)[/tex]

[tex]I_{61}={1\over 2}\arcsin(x)\,-\,{1\over 2}\sin(t)\cos(t)={1\over 2}\arcsin(x)\,-\,{1\over 2}x\sqrt{1-x^2}\,+\,C_3[/tex]


til slutt:

[tex]I_6={3\over 2}\arcsin(x)\,+\,(3-{1\over 2}x)\sqrt{1-x^2}\,+\,C[/tex]
La verken mennesker eller hendelser ta livsmotet fra deg.
Marie Curie, kjemiker og fysiker.

[tex]\large\dot \rho = -\frac{i}{\hbar}[H,\rho][/tex]
daofeishi
Tyrann
Tyrann
Innlegg: 1486
Registrert: 13/06-2006 02:00
Sted: Cambridge, Massachusetts, USA

Du gir deg ikke, nei? :wink: Fyller på med et nytt integral, jeg da.
mrcreosote
Guru
Guru
Innlegg: 1995
Registrert: 10/10-2006 20:58

I_8:

[tex]\tan(3x) = \tan(2x+x) = \frac{\tan x +\tan(2x)}{1-\tan x\tan(2x)} \\ [1-\tan x\tan(2x)]\tan(3x) = \tan x+\tan(2x) \\ I_8 = \int \tan x\tan(2x)\tan(3x) dx= \int (-\tan x-\tan(2x)+\tan(3x)) dx = \ln(\cos x)+\frac12\ln(\cos(2x))-\frac13\ln(\cos(3x))[/tex]

eller på en litt artigere form:

[tex]I_8 = \frac16\ln\Big(\frac{\cos^6x\cos^3(2x)}{\cos^2(3x)}\Big)[/tex]
Janhaa
Boltzmann
Boltzmann
Innlegg: 8552
Registrert: 21/08-2006 03:46
Sted: Grenland

mrcreosote skrev:I_8:
[tex]\tan(3x) = \tan(2x+x) = \frac{\tan x +\tan(2x)}{1-\tan x\tan(2x)} \\ [1-\tan x\tan(2x)]\tan(3x) = \tan x+\tan(2x) \\ I_8 = \int \tan x\tan(2x)\tan(3x) dx= \int (-\tan x-\tan(2x)+\tan(3x)) dx = \ln(\cos x)+\frac12\ln(\cos(2x))-\frac13\ln(\cos(3x))[/tex]
eller på en litt artigere form:
[tex]I_8 = \frac16\ln\Big(\frac{\cos^6x\cos^3(2x)}{\cos^2(3x)}\Big)[/tex]
Her prøvde jeg mange rare substitusjoner, før jeg løste I[sub]8[/sub] samma måte sjøl. Fikk noen mindre pene integrand underveis. Bra.
La verken mennesker eller hendelser ta livsmotet fra deg.
Marie Curie, kjemiker og fysiker.

[tex]\large\dot \rho = -\frac{i}{\hbar}[H,\rho][/tex]
Janhaa
Boltzmann
Boltzmann
Innlegg: 8552
Registrert: 21/08-2006 03:46
Sted: Grenland

Siden sola glimrer med sitt fravær, får jeg kose meg med hobbyen... :lol:

[tex]I_7=\int\frac{\cos(x)}{(\cos({x\over 2})+\sin({x\over 2}))^3}{\rm dx}[/tex]

substitusjon:
[tex]u=\cos({x\over 2})+\sin({x\over 2})[/tex]

formler for halve vinkler:
[tex]u^2=[\cos({x\over 2})+\sin({x\over 2})]^2=\frac{1+\cos(x)}{2}\,+\,2\sqrt{\frac{1-\cos^2(x)}{4}}\,+\,\frac{1-\cos(x)}{2}=1+\sin(x)[/tex]

[tex]2u{\rm du}=\cos(x){\rm dx}[/tex]


[tex]I_7=2\int \frac{u{\rm du}}{u^2u}=2\int u^{-2}{\rm du}=\frac{-2}{u}\,+\,C=\frac{-2}{\cos({x\over 2})+\sin({x\over 2})}\,+\,C[/tex]
La verken mennesker eller hendelser ta livsmotet fra deg.
Marie Curie, kjemiker og fysiker.

[tex]\large\dot \rho = -\frac{i}{\hbar}[H,\rho][/tex]
daofeishi
Tyrann
Tyrann
Innlegg: 1486
Registrert: 13/06-2006 02:00
Sted: Cambridge, Massachusetts, USA

Finfint. Prøver meg på I[sub]2[/sub] jeg da, siden den har stått i ro en stund.

[tex] I_2 = \int (x+2) \sqrt{2x^2 + 2x + 1} \rm{d}x \\ = \frac{1}{4} \int (4x + 2)\sqrt{2x^2 + 2x + 1} \rm{d}x + \frac{3}{2} \int \sqrt{2x^2 + 2x +1} \rm{d}x \\ = \frac{1}{6}(2x^2 + 2x + 1)^{\frac{3}{2}} + \frac{3}{2} \int \sqrt{2x^2 + 2x +1} \rm{d}x[/tex]

Vi tar for oss det andre integralet:

[tex]\int \sqrt{2x^2 + 2x +1} \rm{d}x = \sqrt{2} \int \sqrt{(x+\frac{1}{2})^2 + \frac{1}{4}} \rm{d}x \\[/tex]

La [tex] x + \frac{1}{2} = \frac{1}{2} \sinh (u)[/tex]
Da er [tex]\rm{d}x = \frac{1}{2}\cosh(u) \rm{d}u[/tex]

[tex] \sqrt{2} \int \sqrt{(x+\frac{1}{2})^2 + \frac{1}{4}} \rm{d}x = \frac{\sqrt{2}}{2} \int \cosh(u) \sqrt{\frac{1}{4} \sinh^2(u) + \frac{1}{4}} \rm{d} u\\ = \frac{sqrt{2}}{4} \int \cosh^2 (u) \rm{d} u \\ = \frac{\sqrt{2}}{8} \int 1 + \cosh(2u) \rm{d} u \\ = \frac{\sqrt 2}{8}\left( u + \sinh(u)\cosh(u) \right) + C \\ = \frac{\sqrt 2}{8} \left( \rm{arsinh}(2x+1) + (2x+1)\sqrt{4x^2 + 4x +2}\right) + C[/tex]

Dermed:

[tex]I_2 = \int (x+2) \sqrt{2x^2 + 2x + 1} \rm{d}x = \frac{1}{6}(2x^2 + 2x + 1)^{\frac{3}{2}} + \frac{3 \sqrt 2}{16}\left( \rm{arsinh}(2x+1) + (2x+1)\sqrt{4x^2 + 4x +2}\right) + C[/tex]
Sist redigert av daofeishi den 01/07-2007 14:20, redigert 1 gang totalt.
Janhaa
Boltzmann
Boltzmann
Innlegg: 8552
Registrert: 21/08-2006 03:46
Sted: Grenland

I[sub]2[/sub] var tøff, jeg sleit med den. Pent. Men blir ikke siste diskriminanten lik 4x[sup]2[/sup]+4x+2 ?
-----------------------------------------------------------------------------------
Jeg prøver meg:

[tex]I_{11}=\int \frac{{\rm dx}}{2+\cos(x)}[/tex]

her bruker jeg [tex]\;t=\tan({x\over 2})\;[/tex]substitusjon.

der [tex]\;{\rm dt}={1\over 2}\frac{{\rm dx}}{\cos^2({x\over 2})}={1\over 2}\sec^2({x\over 2}){\rm dx}[/tex]

[tex]{\rm dx}=\frac{2{\rm dt}}{t^2+1}[/tex]

[tex]\cos(x)=\frac{1-t^2}{t^2-1}[/tex]

[tex]\sin(x)=\frac{2t}{t^2-1}[/tex]

slik at:

[tex]I_{11}=2\int \frac{{\rm dt}}{(t^2+1)[{1-t^2\over t^2+1}\,+\,2]}=2\int \frac{{\rm dt}}{1-t^2+2t^2+2}=2\int \frac{{\rm dt}}{t^2+3}[/tex]

og da lukter det arctan:

[tex]u={t\over \sqrt3},\;\;\text der t^2=3u^2\;[/tex][tex]\;{\rm du}=\frac{{\rm dt}}{sqrt3}[/tex]

[tex]I_{11}={2\over \sqrt3}\int \frac{{\rm du}}{u^2+1}={2\over sqrt3}\arctan(u)={2\over sqrt3}\arctan({t\over sqrt3})+C={2\over sqrt3}\arctan(\frac{\tan({x\over 2})}{\sqrt3})+C[/tex]
La verken mennesker eller hendelser ta livsmotet fra deg.
Marie Curie, kjemiker og fysiker.

[tex]\large\dot \rho = -\frac{i}{\hbar}[H,\rho][/tex]
daofeishi
Tyrann
Tyrann
Innlegg: 1486
Registrert: 13/06-2006 02:00
Sted: Cambridge, Massachusetts, USA

Det har du helt rett i, Janhaa. Har rettet det nå :)

Fint arbeid. Nytt integral er på plass.
Janhaa
Boltzmann
Boltzmann
Innlegg: 8552
Registrert: 21/08-2006 03:46
Sted: Grenland

Prøver meg:

[tex]I_9=\int (\ln(\ln(x))\,+\,(ln(x))^2){\rm dx}=I_{91}\,+\,I_{92}[/tex]

bruker delvis integrasjon:
[tex]I_{91}=x\ln(\ln(x))\,-\,\int x\cdot {1\over \ln(x)} \cdot {1\over x} {\rm dx}=x\ln(\ln(x))\,-\,\int \frac{{\rm dx}}{\ln(x)}\,+\,C_1[/tex]

der [tex]\;\int \frac{{\rm dx}}{\ln(x)}=li(x)\,+\,D\;[/tex]altså denne funksjonen har ikke noen elementær antiderivert. Kalles logaritme integral ifølge Wolfram. Er vel tilsvarende som integrala til [tex]\;e^{-x^2}\;[/tex]og[tex]\;\sin(x^2).\;[/tex](hvis jeg har forstått riktig).


bruker delvis integrasjon her også:
[tex]I_{92}=x\cdot (\ln(x))^2\,-\,2\int x\cdot \ln(x)\cdot {1\over x}{\rm dx}=x\cdot (\ln(x))^2\,-\,2x\ln(x)\,+\,2x\,+\,C_2[/tex]

[tex]I_9=x\cdot \ln(\ln(x))\,+\,x\cdot(\ln(x))^2\,+\,2x\,-\,2x\cdot \ln(x)\,-\,li(x)\,+\,C[/tex]
La verken mennesker eller hendelser ta livsmotet fra deg.
Marie Curie, kjemiker og fysiker.

[tex]\large\dot \rho = -\frac{i}{\hbar}[H,\rho][/tex]
daofeishi
Tyrann
Tyrann
Innlegg: 1486
Registrert: 13/06-2006 02:00
Sted: Cambridge, Massachusetts, USA

Da har jeg fått stiftet bekjentskap med enda en ny funksjon. Grunnen til at Li(x) dukket opp er at jeg ikke skrev av integralet ordentlig. :( Jeg har rettet opp feilen nå. Fint arbeid none the less.
Janhaa
Boltzmann
Boltzmann
Innlegg: 8552
Registrert: 21/08-2006 03:46
Sted: Grenland

Ok. Siden jeg er litt monoman på integral for tia, prøver jeg engang til (blir nok frisk og opplagt på møtet i morra :lol: ).

[tex]I_9=\int (\ln(\ln(x))+(\ln(x))^{-2}){\rm dx}[/tex]

u = ln(x) og dx = x du
x = e[sup]u[/sup]

[tex]I_9=\int (\ln(u)+u^{-2})e^u {\rm du}=I_{91}+I_{92}=(e^u\ln(u)\,-\,\int e^u{1\over u}{\rm du})\,+\,(-{1\over u}e^u\,+\,\int e^u{1\over u}{\rm du})[/tex]

[tex]I_9=e^u(\ln(u)\,-\,{1\over u})\,+\,C\,=\,x[\ln(\ln(x))\,-\,\frac{1}{\ln(x)}]\,+\,C[/tex]
La verken mennesker eller hendelser ta livsmotet fra deg.
Marie Curie, kjemiker og fysiker.

[tex]\large\dot \rho = -\frac{i}{\hbar}[H,\rho][/tex]
Svar