Faceți căutări pe acest blog

sâmbătă, 12 martie 2016

Dacă știți integrala cu x, atunci știți și integrala cu u.


Să presupunem că știți o integrală oarecare cu x, de exemplu, știți că x2dx=x33.
Această integrală este valabilă, orice literă am folosi în locul lui x. Așadar, dacă schimbăm aici doar litera x cu litera u, n-ar trebui să se schimbe adevărul egalității. Așadar, avem și adevărul u2du=u33.


Problema este că în noua integrală cu u s-a schimbat și dx-ul în du, ceea ce face ca schimbarea noastră de literă să devină oarecum inutilă. Nouă ne-ar plăcea să facem o integrală cu u, dar în care să ne rămână dx-ul, pentru că nouă ni se cer integrale cu dx, nu cu du.

Rezolvarea problemei este simplă. Ne folosim de egalitatea remarcabilă prin care putem trece de la du la dx foarte ușor: du=udx.
Această egalitate ne spune că integrala cu du devine integrală cu dx, doar că mai trebuie să înmulțim cu u.




Am văzut mai sus că u2du=u33.
Înlocuind acum pe du cu udx, obținem u2du=u2udx=u33.
Așadar, dacă știm integrala cu x, putem s-o folosim pentru integrala cu u, dacă mai punem sub integrală și u.


Deci, dacă vi s-ar da două integrale, una care să nu-l aibă pe u sub integrală (x3+5)2dx neplăcut
și una care să-l aibă pe u sub integrală 3x2(x3+5)2dx plăcut,
cea care ne-ar plăcea mai mult și care ar fi mai ușor de calculat ar fi aceea care îl are deja pe u sub integrală.


Să ne chinuim întâi cu integrala (x3+5)2dx neplăcut.
Pentru a calcula această integrală, ar trebui să desfacem paranteza, ridicând-o la puterea a doua, așa cum ne-a învățat Newton cu binomul său. Deci, am folosi formula (a+b)2=a2+2ab+b2.
După desfacerea parantezei, integrala ar deveni x6+10x3+25dx.
Pe care o putem apoi separa în trei integrale ușoare. 


Bine, bine, am avut de data aceasta noroc, căci puterea parantezei a fost doar 2. Dar imaginați-vă ce complicații ar fi apărut dacă puterea era 2016 în loc de 2! Cum ați mai fi rezolvat atunci integrala?

Acum, să revenim la integrala plăcută, cea în care ni se dă și u sub integrală. Mai exact, să vedem cum ne-am fi descurcat cu integrala 3x2(x3+5)2dx plăcut.
O metodă primitivă de calcul ar fi fost să desfacem și de data aceasta paranteza ca mai sus, după care să o înmulțim cu 3x2, după care să separăm integrala în trei bucăți mai simple. Se putea face și așa, dar nu mai este elegant. Avem o altă metodă acum. 


În noua integrală observăm că dacă punem u=x3+5, atunci u=3x2. Asta înseamnă că integrala noastră poate fi scrisă astfel: 3x2(x3+5)2dx=uu2dx.
Dar am văzut mai sus că uu2dx=u33.
Așadar, 3x2(x3+5)2dx=(x3+5)33.
Remarcabil de ușor de calculat!


Iar acum imaginați-vă că am fi primit o integrală de acest gen, care îl are deja pe u, dar nu la puterea 2, ci la orice putere, oricât de urâtă, de exemplu, la puterea 2016. Nu era nicio complicație în plus. Folosindu-ne de formula uu2016dx=u20172017,
asemănătoare cu cea pentru x, am fi obținut rapid rezultatul. Adică, aveam așa 3x2(x3+5)2016dx=(x3+5)20172017.


Care este morala? Morala este că, atunci când primiți o integrală ce pare nasoală, să vă gândiți dacă nu cumva sub integrală se ascunde vreun u pe undeva, căci atunci nu vă rămâne decât să știți o integrală mai simplă în care în locul literei u ați folosi litera x.

Niciun comentariu:

Trimiteți un comentariu

Exprimați-vă părerea despre articol sau cereți lămuriri suplimentare, ca să transmitem cât mai multă informație celor care au nevoie de ea.

Comentariul va apărea după un anumit interval de timp necesar moderării.

Legături la toate articolele din blog



Postări populare