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Hallo, während meiner Prüfungsvorbereitung komme ich bei folgender Aufgabe nicht weiter und bitte um die Lösung:



Aufgabe 10 (Integralrechnung, Substitution) Berechnen Sie mit Hilfe der Substitutionsregel das unbestimmte Integral
\( \int \sqrt{\frac{1}{4}-x^{2}} d x \)

Tipp: : \( x=\frac{1}{2} \sin (U) \)
\( \begin{array}{l} 1-\sin ^{2}(x)=\cos ^{2}(x) \\ \int \cos ^{2}(x) d x=\frac{1}{2}(\sin (x) \cos (x)+x)+C \end{array} \)


Vielen Dank im Voraus für die Hilfe.


Liebe Grüße

Sevi

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Der Tipp ist doch die komplette Lösung.

2 Antworten

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Aloha :)

Der Tipp zur Berechnung des Integrals ist gut. Wir substutieren also:$$\pink{x\coloneqq\frac12\sin(u)}\quad\implies\quad\frac{dx}{du}=\frac12\cos(u)\quad\implies\quad\green{dx=\frac12\cos(u)\,du}$$und formen das Integral entsprechend um:$$I=\int\sqrt{\frac14-\pink x^2}\;\green{dx}=\int\sqrt{\frac14-\left(\pink{\frac12\sin(u)}\right)^2}\cdot\green{\frac12\cos(u)\,du}$$$$\phantom I=\int\sqrt{\frac14-\frac14\sin^2(u)}\cdot\frac12\cos(u)\,du=\int\frac12\underbrace{\sqrt{1-\sin^2(u)}}_{=\cos(u)}\cdot\frac12\cos(u)\,du=\frac14\int\red{\cos^2(u)}\,du$$

Das Integral über \(\red{\cos^2(u)}\) ist nun die eigentliche "Hürde" bei dieser Aufgabe. Es ist naheliegend, es über partielle Integration zu bestimmen. Ich empfehle jedoch die Verwendung einer trigonometrischen Indentität:$$\phantom I=\frac14\int\left(\red{\frac12+\frac12\cos(2u)}\right)dx=\frac18\int\left(1-\cos(2u)\right)\,du=\frac18\left(u-\blue{\frac12\sin(2u)}\right)+C$$

Für die Rücksubstution nutzen wir \(\pink{2x=\sin(u)}\) bzw. \(\pink{u=\arcsin(2x)}\):$$\phantom I=\frac18\left(u-\blue{\sin(u)\cos(u)}\right)+C=\frac18\left(u-\sin(u)\cdot\sqrt{1-\sin^2(u)}\right)+C$$$$\phantom I=\frac18\arcsin(2x)-\frac18\cdot2x\cdot\sqrt{1-(2x)^2}+C=\frac18\arcsin(2x)-\frac x4\sqrt{1-4x^2}+C$$

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Hallo

Da steht doch schon alles was du brauchst, die Substitution  musst du nur einsetzen und sin^2+cos^2=1 benutzen, dass man 1/4 ausklammern kann und aus der Wurzel ziehen weisst du hoffentlich, der 2 te Tip gehört wohl zu was anderem

lul

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