Integration spezieller Funktionen
Formel
Integration spezieller Funktionen
Das Auffinden der Stammfunktion von spezieller Funktionen wird man wohl nicht auswendig können, sondern bei Bedarf nachlesen.
Integration durch Partialbruchzerlegung
Integrale gebrochener Funktionen (Brüche) werden in einfachere Teilbrüche, sogenannte Partialbrüche, zerlegt, die auf bekannten Integralen basieren. Ein Koeffizientenvergleich zwischen Z(x) und Z1 (x; A1…Dr) führt auf die Bestimmungsgleichungen für die Koeffizienten A1 bis Dr.
\(\int {\dfrac{{{Z_m}\left( x \right)}}{{{N_n}\left( x \right)}}} \,\,dx\)
Partialbruchzerlegung
\(\eqalign{ & \dfrac{{Z\left( x \right)}}{{N\left( x \right)}} = \cr & = \dfrac{{Z\left( x \right)}}{{{x^p}.{{\left( {x - a} \right)}^q} \cdot {{\left( {{x^2} + bx + c} \right)}^r}}} = \cr & = \dfrac{{{A_1}}}{x} + \dfrac{{{A_2}}}{{{x^2}}} + ... + \dfrac{{{A_p}}}{{{x^p}}} + \cr & + \dfrac{{{B_1}}}{{\left( {x - a} \right)}} + \dfrac{{{B_2}}}{{{{\left( {x - a} \right)}^2}}} + ... + \dfrac{{{B_q}}}{{{{\left( {x - a} \right)}^q}}} + \cr & + \dfrac{{{C_1}x + {D_1}}}{{\left( {{x^2} + bx + c} \right)}} + \dfrac{{{C_2}x + {D_2}}}{{{{\left( {{x^2} + bx + c} \right)}^2}}} + ... + \dfrac{{{C_r}x + {D_r}}}{{{{\left( {{x^2} + bx + c} \right)}^r}}} = \cr & = \dfrac{{{Z_1} \cdot \left( {x;\,\,\,{A_1},...{A_p};\,\,\,{B_1}...{B_q};\,\,\,{C_1}...{C_r},{D_1}...{D_r}} \right)}}{{N\left( x \right)}} \cr}\)
Trigonometrische Winkelfunktionen integrieren
Auf Grund ihrer hohen Bedeutung, haben wir die trigonometrischen Winkelfunktionen unter "Auffinden gängiger Stammfunktionen" angeführt.
Arkusfunktionen integrieren
Die Arkusfunktionen sind die Umkehrfunktionen der trigonometrischen Winkelfunktionen. Sie werden verwendet, wenn man aus einer gegebenen Strecke, den zugrundeliegenden Winkel ausrechnen will. Bei den Arkusfunktionen erfolgt eine Vertauschung von unabhängiger und abhängiger Variable gegenüber den trigonometrischen Winkelfunktionen.
arcsin integrieren
\(\eqalign{ & f\left( x \right) = \arcsin x \cr & F\left( x \right) = \int {\arcsin x} \,\,dx = x \cdot \arcsin x + \sqrt {1 - {x^2}} + C \cr}\)
arccos integrieren
\(\eqalign{ & f\left( x \right) = \arccos x \cr & F\left( x \right) = \int {\arccos x} \,\,dx = x \cdot \arccos x - \sqrt {1 - {x^2}} + C \cr}\)
arctan integrieren
\(\eqalign{ & f\left( x \right) = \arctan x \cr & F\left( x \right) = \int {\arctan x} \,\,dx = x \cdot \arctan x - \dfrac{1}{2}\ln \left( {1 + {x^2}} \right) + C \cr}\)
arccot integrieren
\(\eqalign{ & f\left( x \right) = \operatorname{arccot} x \cr & F\left( x \right) = \int {\operatorname{arccot} x} \,\,dx = x \cdot \operatorname{arccot} x + \dfrac{1}{2}\ln \left( {1 + {x^2}} \right) + C \cr}\)
Hyperbolische Funktionen integrieren
Die Hyperbolischen Funktionen, auch Hyperbelfunktionen genannt, sind bestimmte Kombinationen der Exponentialfunktionen ex und e-x, die vor allem in der Technik häufig vorkommen und daher eignene Namen erhalten haben. Hyperbolische Funktionen finden sich bei Spinnweben und als „Kettenlinie“ bzw. „Seilkurve“ beim Durchhang von Stahlseilen auf Leitungsmasten zufolge ihrer Eigenlast.
sinh integrieren
\(\eqalign{ & f\left( x \right) = \sinh x \cr & F\left( x \right) = \int {\sinh x} \,\,dx = \cosh x + C \cr}\)
cosh integrieren
\(\eqalign{ & f\left( x \right) = \cosh x \cr & F\left( x \right) = \int {\cosh x} \,\,dx = \sinh x + C \cr}\)
tanh integrieren
\(\eqalign{ & f\left( x \right) = \tanh x \cr & F\left( x \right) = \int {\tanh x} \,\,dx = \ln \left| {\cosh x} \right| + C \cr} \)
coth integrieren
\(\eqalign{ & f\left( x \right) = \coth x \cr & F\left( x \right) = \int {\coth x} \,\,dx = \ln \left| {\sinh x} \right| + C \cr} \)
Areafunktionen integrieren
Area Funktionen sind die Umkehrfunktionen der hyperbolischen Funktionen. Der Begriff „Area“ leitet sich aus dem Zusammenhang mit dem Flächeninhalt (=area) eines Hyperbelsektors ab. Bei den Areafunktionen erfolgt eine Vertauschung von unabhängiger und abhängiger Variable gegenüber den hyperbolischen Funktionen.
arsinh integrieren
\(\eqalign{ & f\left( x \right) = \operatorname{arsinh} x = \dfrac{1}{{\sinh x}} \cr & F\left( x \right) = \int {\operatorname{arsinh} x} \,\,dx = x \cdot \operatorname{arsinh} x - \sqrt {{x^2} + 1} + C \cr}\)
arcosh integrieren
\(\eqalign{ & f\left( x \right) = \operatorname{arcosh} x = \dfrac{1}{{\cosh x}} \cr & F\left( x \right) = \int {\operatorname{arcosh} x} \,\,dx = x \cdot \operatorname{arcosh} x - \sqrt {{x^2} - 1} + C \cr}\)
artanh integrieren
\(\eqalign{ & f\left( x \right) = \operatorname{artanh} x = \dfrac{1}{{\tanh x}} \cr & F\left( x \right) = \int {\operatorname{artanh} x} \,\,dx = x \cdot \operatorname{artanh} x + \dfrac{1}{2}\ln \left( {1 - {x^2}} \right) + C \cr}\)
arcoth integrieren
\(\eqalign{ & f\left( x \right) = \operatorname{arcoth} x = \dfrac{1}{{\coth x}} \cr & F\left( x \right) = \int {\operatorname{arcoth} x} \,\,dx = x \cdot \operatorname{arcoth} x + \dfrac{1}{2}\ln \left( {1 - {x^2}} \right) + C \cr} \)
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Wissenspfad
Zur aktuellen Lerneinheit empfohlenes Vorwissen
Stammfunktion F(x) zur Funktion f(x) auffinden | Das Aufsuchen der Stammfunktion F(x) für ein gegebenes f(x) heißt unbestimmtes Integrieren. |
Aktuelle Lerneinheit
Integration spezieller Funktionen | Das Auffinden der Stammfunktion von spezieller Funktionen wird man wohl nicht auswendig können, sondern bei Bedarf nachlesen. |
Verbreitere dein Wissen zur aktuellen Lerneinheit
Bestimmtes Integral - Bogenlänge | Das bestimmte Integral ermöglicht es, die Bogenlänge von einem Graphen zu berechnen, der durch eine Funktionsgleichung gegeben ist. |
Anwendungen der Integralrechnung | Die Integralrechnung ist aus dem Wunsch nach der Berechnung von Flächen entstanden, die über die Flächen einfacher geometrischer Figuren mit simplen Formen hinausgehen. |
Zusammenhang Stammfunktion - Funktion - Ableitungsfunktion | Beim Auffinden von Stammfunktionen bedient man sich gerne einer Tabelle in der die wichtigsten Funktionen und Ihre Ableitungsfunktionen sowie die Stammfunktionen angeführt sind, darüber hinaus gibt es noch Integrationsregeln |
Integrationsregeln | Wenn f(x) mehrere Terme umfasst, die durch Rechenzeichen verbunden sind, dann bedient man sich der Integrationsregeln. Die gängigsten Integrationsregeln sollte man ebenfalls auswendig können. |
Auffinden gängiger Stammfunktionen | Steht im Integrand nur eine Konstante, so ist deren Integral die Konstante mal derjenigen Variablen, nach der integriert wird |
Bestimmtes Integral - Rotationskörper | Die Mantelfläche einer Funktion f(x) bei Rotation um die x bzw. y Achse kann mit Hilfe der Integralrechnung berechnet werden |
Bestimmtes Integral - Schwerpunkt von Flächen | Die x- und y-Koodinaten vom Schwerpunkt einer Fläche, zwischen zwei Graphen f(x) und g(x) einerseits und einer unteren und einer oberen Grenze andererseits, kann mit Hilfe der Integralrechnung berechnet werden. |
Bestimmtes Integral - Flächeninhalt | Der Flächeninhalt zwischen Graph und x-Achse von stetigen positiven Funktionen f(x), ist mit Hilfe der zugehörigen Stammfunktion berechenbar. |
Rechenregeln für bestimmte Integrale | Das bestimmte Integral der Funktion f(x) zwischen den Grenzen [a,b], entspricht grafisch der Fläche unter der Funktion und über der x-Achse, sowie zwischen der oberen und der unteren Intervallgrenze |