Formelsammlung Mathematik: Unbestimmte Integrale algebraischer Funktionen

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Ein allgemeines Lösungsverfahren, wie es für rationale Funktionen vorliegt, gibt es für die Integrale algebraischer Funktionen nicht.

xqdx=xq+1q+1+C(q1)
ist Grundintegral auch für q, ja sogar für q.

In verschiedenen Fällen hilfreich ist
xn(ax+b)qdx=1an+1(Xb)nXqdX mit X=ax+b(q∉{1,2,,n}),
denn für n kann (Xb)n nach dem binomischen Lehrsatz entwickelt und dann das Grundintegral angewandt werden.


Die folgenden Tabellen enthalten ausschließlich Integrale von Funktionen, die Wurzelausdrücke enthalten. Mit Ausnahme des letzten Abschnitts kommen sogar nur Quadratwurzeln vor.

Integrale, die √x enthalten

Es wird a>0 vorausgesetzt, was für die hier behandelten Integrale keine Einschränkung bedeutet.

  • xdxx+a2=2x2aarctanxa+C
dxx(x+a2)=2aarctanxa+C
xxdxx+a2=2x(x3a2)+2a3arctanxa+C
dxxx(x+a2)=2a3(ax+arctanxa)+C
  • xdxxa2=2xaln|x+axa|+C
dxx(xa2)=1aln|x+axa|+C
xxdxxa2=2x(x3+a2)+a3ln|x+axa|+C
dxxx(xa2)=1a3(2axln|x+axa|)+C
  • xdxx2+a2=122a(2arccotax2ax+lnx2ax+ax+2ax+a)+{Cwenn xaπ2a+Cwenn x>a
dxx(x2+a2)=12a2a(2arccotax2ax+lnx+2ax+ax2ax+a)+{Cwenn xaπa2a+Cwenn x>a
Die Änderung der Integrationskonstanten ist nötig, um eine Sprungstelle bei x = a zu vermeiden.
  • xdxx2a2=12a(2arctanxa+ln|xax+a|)+C
dxx(x2a2)=12aa(2arctanxa+ln|x+axa|)+C
  • xdx(x+a2)2=xx+a2+1aarctanxa+C
dxx(x+a2)2=xa2(x+a2)+1a3arctanxa+C
xxdx(x+a2)2=x(3a2+2x)x+a23aarctanxa+C
dxxx(x+a2)2=1a2(x+a2)(2x+3xa2)3a5arctanxa+C
  • xdx(xa2)2=xa2x12aln|x+axa|+C
dxx(xa2)2=xa2(a2x)+12a3ln|x+axa|+C
xxdx(xa2)2=x(2x3a2)xa232aln|x+axa|+C
dxxx(xa2)2=1a2(xa2)(2x3xa2)+32a5ln|x+axa|+C

Integrale, die √(ax + b) enthalten

  • ax+bdx=23a(ax+b)ax+b+C
xax+bdx=215a2(3ax2b)(ax+b)ax+b+C
x2ax+bdx=2105a3(15a2x212abx+8b2)(ax+b)ax+b+C
Rekursionsformel:
xnax+bdx=2a(2n+3)(xn(ax+b)ax+bnbxn1ax+bdx)(n1)
  • dxax+b=2aax+b+C
xdxax+b=23a2(ax2b)ax+b+C
x2dxax+b=215a3(3a2x24abx+8b2)ax+b+C
Rekursionsformel:
xndxax+b=2a(2n+1)(xnax+bbnxn1ax+b)(n1)
  • dxxax+b={1bln|ax+bbax+b+b|+C(b>0)2barctanax+bb+C(b<0)
Für b>0 kann man dieselbe Stammfunktion auch schreiben als
dxxax+b=2bartanhax+bb+C
Allerdings ist diese Funktion nur für sgnxsgna definiert.
Viele der folgenden Integrale werden auf dieses Integral zurückgeführt. Die Fallunterscheidung ist dann wie oben vorzunehmen. Auch für die Schreibung mit artanh gilt das eben Gesagte.
dxx2ax+b=ax+bbxa2bdxxax+b
Rekursionsformel:
dxxnax+b=1b(n1)(ax+bxn1+2n32adxxn1ax+b)(n2)
  • ax+bxdx=2ax+b+bdxxax+b
ax+bx2dx=ax+bx+a2dxxax+b
  • (ax+b)ax+bdx=25a(ax+b)2ax+b+C
x(ax+b)ax+bdx=235a2(5ax2b)(ax+b)2ax+b+C
x2(ax+b)ax+bdx=2315a3(35a2x220abx+8b2)(ax+b)2ax+b+C
1x(ax+b)ax+bdx=23(ax+4b)ax+b+b2dxxax+b
  • dx(ax+b)ax+b=2aax+b+C
xdx(ax+b)ax+b=2(ax+2b)a2ax+b+C
x2dx(ax+b)ax+b=2(a2x24abx8b2)3a3ax+b+C
dxx(ax+b)ax+b=1b(2aax+b+dxxax+b)
dxx2(ax+b)ax+b=1b2(3ax+bxax+b+32adxxax+b)
  • Die jetzt noch folgenden Integrale sind für n = 0, n = ±1 und zum Teil für n = –2 oben bereits behandelt worden. Diese Formeln lassen sich aber verallgemeinern:
    (ax+b)nax+bdx=2a(2n+3)(ax+b)n+1ax+b+C(n)
x(ax+b)nax+bdx=2a2(2n+3)ax2b4n2+16n+15(ax+b)n+1ax+b+C(n)
x2(ax+b)nax+bdx=2a3(2n+3)(2n+5)a2x24(2n+3)abx+8b2(2n+3)(2n+5)(2n+7)(ax+b)n+1ax+b+C(n)
Auch die nächsten Formeln sind für n ∈ Z gültig. Als Rekursionsformeln taugen sie natürlich nur für n ≥ 1:
1x(ax+b)nax+bdx=22n+1(ax+b)nax+b+b(ax+b)n1ax+bdx(n1)
ax+bdxx(ax+b)n=1b(22n3ax+b(ax+b)n1+ax+b(ax+b)n1dx)(n1)
ax+bdxx2(ax+b)n=1b(ax+bx(ax+b)n1+(2n1)a2ax+b(ax+b)n1dx)(n1)

Integrale die r = √(x2 + a2) beinhalten

rdx=12(xr+a2ln(x+r))
r3dx=14xr3+183a2xr+38a4ln(x+r)
r5dx=16xr5+524a2xr3+516a4xr+516a6ln(x+r)
xrdx=r33
xr3dx=r55
xr2n+1dx=r2n+32n+3
x2rdx=xr34a2xr8a48ln(x+r)
x2r3dx=xr56a2xr324a4xr16a616ln(x+r)
x3rdx=r55a2r33
x3r3dx=r77a2r55
x3r2n+1dx=r2n+52n+5a3r2n+32n+3
x4rdx=x3r36a2xr38+a4xr16+a616ln(x+r)
x4r3dx=x3r58a2xr516+a4xr364+3a6xr128+3a8128ln(x+r)
x5rdx=r772a2r55+a4r33
x5r3dx=r992a2r77+a4r55
x5r2n+1dx=r2n+72n+72a2r2n+52n+5+a4r2n+32n+3
rdxx=raln|a+rx|=rasinh1ax
r3dxx=r33+a2ra3ln|a+rx|
r5dxx=r55+a2r33+a4ra5ln|a+rx|
r7dxx=r77+a2r55+a4r33+a6ra7ln|a+rx|
dxr=sinh1xa=ln|x+r|
dxr3=xa2r
xdxr=r
xdxr3=1r
x2dxr=x2ra22sinh1xa=x2ra22ln|x+r|
dxxr=1asinh1ax=1aln|a+rx|

Integrale die s = √(x2 - a2) beinhalten

Annahme (x2>a2), für (x2<a2), siehe nächster Abschnitt:

sdx=12(xsa2ln|x+sa|)+C=12(xs+a2ln|xsa|)+C=12(xssgn(x)a2arcosh|xa|)+C
xsdx=13s3
sdxx=s|a|arccos|ax|
dxs=dxx2a2=ln|x+sa|

Hierbei ist ln|x+sa|=sgn(x)arcosh|xa|=12ln(x+sxs), wobei der positive Wert des arcosh|xa| genommen werden muss.

xdxs=s
xdxs3=1s
xdxs5=13s3
xdxs7=15s5
xdxs2n+1=1(2n1)s2n1
x2mdxs2n+1=12n1x2m1s2n1+2m12n1x2m2dxs2n1
x2dxs=xs2+a22ln|x+sa|
x2dxs3=xs+ln|x+sa|
x4dxs=x3s4+38a2xs+38a4ln|x+sa|
x4dxs3=xs2a2xs+32a2ln|x+sa|
x4dxs5=xs13x3s3+ln|x+sa|
x2mdxs2n+1=(1)nm1a2(nm)i=0nm112(m+i)+1(nm1i)x2(m+i)+1s2(m+i)+1(n>m0)
dxs3=1a2xs
dxs5=1a4[xs13x3s3]
dxs7=1a6[xs23x3s3+15x5s5]
dxs9=1a8[xs33x3s3+35x5s517x7s7]
x2dxs5=1a2x33s3
x2dxs7=1a4[13x3s315x5s5]
x2dxs9=1a6[13x3s325x5s5+17x7s7]

Integrale die t = √(a2 - x2) beinhalten

tdx=12(xt+a2arcsinxa)(|x||a|)
tdx=12(xtsgnxcosh1|xa|)(|x||a|)
xtdx=13t3(|x||a|)
x2tdx=18(2x3txa2t+a4arcsinxa)(|x||a|)
tdxx=taln|a+tx|(|x||a|)
dxt=arcsinxa(|x||a|)
x2dxt=x2t+a22arcsinxa(|x||a|)

Integrale die √R = √(ax2 + bx+ c) beinhalten

dxax2+bx+c=1aln|2aR+2ax+b|(a>0)
dxax2+bx+c=1asinh12ax+b4acb2(a>04acb2>0)
dxax2+bx+c=1aln|2ax+b|(a>04acb2=0)
dxax2+bx+c=1aarcsin2ax+bb24ac(a<04acb2<0)
dx(ax2+bx+c)3=4ax+2b(4acb2)R
dx(ax2+bx+c)5=4ax+2b3(4acb2)R(1R+8a4acb2)
dx(ax2+bx+c)2n+1=4ax+2b(2n1)(4acb2)R(2n1)/2+8a(n1)(2n1)(4acb2)dxR(2n1)/2
xdxax2+bx+c=Rab2adxR
xdx(ax2+bx+c)3=2bx+4c(4acb2)R
xdx(ax2+bx+c)2n+1=1(2n1)aR(2n1)/2b2adxR(2n+1)/2
dxxax2+bx+c=1cln(2cR+bx+2cx)
dxxax2+bx+c=1csinh1(bx+2c|x|4acb2)

Siehe auch