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Hallo!

Man soll hier die Stammfunktion der rationalen Funktion bestimmen. Ich habe im großen und ganzen die Aufgabe lösen können, nur die Stammfunktion hat mir Schwierigkeiten bereitet. Wir haben im Zähler fast schon die Ableitung vom Nenner stehen. Wie genau muss ich da jetzt vorgehen? Ich will ohne Substitution die Stammfunktion lösen, indem ich den Ansatz „der Zähler kommt der Ableitung des Nenners sehr nahe“ nutze.

Aufgabe:

h) \( \frac{10}{\left(x^{2}+4\right)(x+1)} \)


Problem/Ansatz:

\( \begin{array}{l}\text { n) } \frac{10}{\left(x^{2}+4\right)(x+1)}=\frac{A x+B}{x^{2}+4}+\frac{C}{x+1} \\ 10=(A x+B)(x+1)+c\left(x^{2}+4\right) \\ x=-1 \Rightarrow 10=5 c \longleftrightarrow c=2 \\ x=0 \Rightarrow 10=B+4 C \\ 10=B+8 \\ B=2 \\ x=1 \\ 0 x^{2}+0 x+10=(A+2) \cdot 2+2 \cdot 5 \\ 10=4+2 A+10 \\ 10=2 A+14 \\ -4=2 A \Longrightarrow A=-2 \\ 0 x^{2}+0 x+10=(A x+2)(x+1)+C\left(x^{2}+4\right) \\ 0 x^{2}+0 x+10=A x^{2}+A x+2 x+2+C x^{2}+4 C \\ 0 x^{2}+0 x+10=(A+C) x^{2}+(A+2) x+2+4 C \\ A+C=0 \quad A+2=0 \\ -2+c=0 \quad A=-2 \\ c=2 \\ \frac{10}{\left(x^{2}+4\right)(x+1)}=\frac{-2 x+2}{x^{2}+4}+\frac{2}{x+1} \\ \frac{1}{2} \frac{-4 x-4}{x^{2}+4}+\frac{1}{2} \cdot \frac{6}{x^{2}+4} \\\end{array} \)

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Aloha :)

Die Partialbruchzerlegung hast du völlig korrekt durchgeführt.

Ich schreibe das Eregbenis nur etwas anders auf als du:$$\frac{10}{(x^2+4)(x+1)}=-\green{\frac{2x}{x^2+4}}+\red{\frac{2}{x^2+4}}+\green{\frac{2}{x+1}}$$Die Integrale der entstandenen Partialbrüche kannst du alle auf einfache Standardintegrale zurückführen.

Bei den grünen Brüchen steht im Zähler die Ableitung des Nenners:$$\green{\int\frac{f'(x)}{f(x)}\,dx=\ln|f(x)|+C}$$Die Integrale kannst du daher sofort hinschreiben.

Das Integral über den roten Bruch kannst du zurückführen auf$$\red{\int\frac{1}{1+x^2}\,dx=\arctan(x)+\text{C}}$$Das kannst du (theoretisch im Kopf) so durchführen:$$\small\int\frac{2}{x^2+4}dx=\int\frac{1}{1+\frac{x^2}{4}}\cdot\frac24\,dx=\int\frac{1}{1+\left(\frac x2\right)^2}\,\frac12dx=\int\frac{1}{1+\left(\frac x2\right)^2}\,d\left(\frac x2\right)=\arctan\left(\frac x2\right)+C$$Wenn du \(\left(\frac{d\left(\frac x2\right)}{dx}=\frac12\right)\) bzw. \(\left(d\left(\frac x2\right)=\frac12\,dx\right)\) nicht direkt siehst, kannst du auch eine Substution mit \(\left(u\coloneqq\frac x2\right)\) durchführen.

Langer Rede kurzer Sinn:$$\int\frac{10}{(x^2+4)(x+1)}\,dx=-\ln|x^2+4|+\arctan\left(\frac x2\right)+2\ln|x+1|+C$$

Avatar von 148 k 🚀

Sehr verständlich erklärt, vielen lieben Dank!

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Hier mit genauem Rechenweg:

https://www.integralrechner.de/

Avatar von 37 k

Eben diesen Rechenweg wollte ich nicht. Den kenne ich schon. Ich will den mit der Ableitung des Zählers.

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Hi,

mit der letzten Zeile kann ich nichts anfangen. Bleiben wir bei der vorletzten Zeile, die sieht doch gut aus :).


$$\frac{-2x+2}{x^2+4} + \frac{2}{x+1} = \frac{-2x}{x^2+4} + \frac{2}{x^2+4} + \frac{2}{x+1}  = -\frac{2x}{x^2+4} + \frac{2}{x^2+4} + 2\frac{1}{x+1} $$

Nun kannst Du summandenweise integrieren. Bei ersterem denke an das "Ableitung im Zähler", bei zweiterem an "arctan" und bei letzterem an "Ableitung im Zähler".


Du kommst mit den Tipps weiter?


Grüße

Avatar von 141 k 🚀

Man muss wissen, das 2/(x^2+4) auf ein Standard-Integral zurückgeführt werden kann.

Vielen Dank für eure Antworten! :)

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