Math ClubMath Club
v1 · padrão canônico

Lição 84 — Técnica: substituição (u-substitution)

Substituição u = g(x): inversa da regra da cadeia. A técnica mais usada de integração. Versões indefinida e definida. Reconhecimento de padrão.

Used in: 3.º ano do EM (17 anos) · Equiv. Math II japonês cap. 6 · Equiv. Klasse 12 alemã

f(g(x))g(x)dx=f(u)du,u=g(x)\int f(g(x))\, g'(x)\, dx = \int f(u)\, du, \quad u = g(x)
Choose your door

Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Twierdzenie i procedura

Twierdzenie zamiany zmiennej

"Reguła podstawienia jest dla całkowania tym, czym reguła łańcucha dla różniczkowania." — OpenStax Calculus Vol. 1, §5.5

Dowód. Jeśli F=fF' = f, to z reguły łańcucha: (Fg)=f(g(x))g(x)(F \circ g)' = f(g(x)) \cdot g'(x). Zatem FgF \circ g jest pierwotną dla f(g(x))g(x)f(g(x)) g'(x). Z fundamentalnego twierdzenia rachunku:

abf(g(x))g(x)dx=F(g(b))F(g(a))=g(a)g(b)f(u)du.\int_a^b f(g(x)) g'(x)\, dx = F(g(b)) - F(g(a)) = \int_{g(a)}^{g(b)} f(u)\, du. \quad \square

Procedura mechaniczna

Oznaka, że podstawienie zadziała

Całka musi zawierać f(cosˊ)f(\text{coś}) pomnożone przez pochodną „czegoś" (lub stałą wielokrotność tej pochodnej).

Przykłady wzorca:

Całkauududu
2xex22x\, e^{x^2}x2x^22xdx2x\, dx
cosxesinx\cos x \cdot e^{\sin x}sinx\sin xcosxdx\cos x\, dx
xx2+1\frac{x}{x^2 + 1}x2+1x^2 + 12xdx2x\, dx (wymaga poprawki 1/21/2)
x2(x3+1)5x^2(x^3 + 1)^5x3+1x^3 + 13x2dx3x^2\, dx (poprawka 1/31/3)

Przykłady rozwiązane

Exercise list

30 exercises · 7 with worked solution (25%)

Application 12Understanding 2Modeling 2Challenge 2Proof 1 11
  1. Ex. 84.1Application

    Oblicz (2x+1)4dx\int (2x+1)^4\, dx.

  2. Ex. 84.2Application

    Oblicz x(x23)5dx\int x(x^2 - 3)^5\, dx.

  3. Ex. 84.3Application

    Oblicz cos3xsinxdx\int \cos^3 x \sin x\, dx.

  4. Ex. 84.4Application

    Oblicz x2ex3+2dx\int x^2 e^{x^3 + 2}\, dx.

  5. Ex. 84.5Application

    Oblicz xx2+1dx\int \frac{x}{x^2 + 1}\, dx.

  6. Ex. 84.6Application

    Oblicz cos(3x)dx\int \cos(3x)\, dx.

  7. Ex. 84.7ApplicationAnswer key

    Oblicz xex2/2dx\int x e^{-x^2/2}\, dx.

  8. Ex. 84.8ApplicationAnswer key

    Oblicz (lnx)2xdx\int \frac{(\ln x)^2}{x}\, dx.

  9. Ex. 84.9Application

    Oblicz sin4xcosxdx\int \sin^4 x \cos x\, dx.

  10. Ex. 84.10Application

    Oblicz 43xdx\int \sqrt{4 - 3x}\, dx.

  11. Ex. 84.11Application

    Oblicz (x+2)(x2+4x)3dx\int (x+2)(x^2+4x)^3\, dx.

  12. Ex. 84.12Application

    Oblicz sin(2x)dx\int \sin(2x)\, dx.

  13. Ex. 84.13Answer key

    Oblicz 12xx2+1dx\int_1^2 \frac{x}{\sqrt{x^2+1}}\, dx.

  14. Ex. 84.14

    Oblicz 01exex+1dx\int_0^1 \frac{e^x}{e^x + 1}\, dx.

  15. Ex. 84.15

    Oblicz cotxdx\int \cot x\, dx.

  16. Ex. 84.16Answer key

    Oblicz e5xdx\int e^{5x}\, dx.

  17. Ex. 84.17

    Oblicz x2x3+1dx\int \frac{x^2}{x^3 + 1}\, dx.

  18. Ex. 84.18UnderstandingAnswer key

    Które podstawienie uu jest najwłaściwsze do obliczenia 3x2(x3+1)4dx\int 3x^2(x^3+1)^4\, dx?

  19. Ex. 84.19Understanding

    Gdy spróbujesz użyć podstawienia u=g(x)u = g(x), zauważysz, że g(x)g'(x) jest pomnożone przez stałą inną niż 1. Co zrobić?

  20. Ex. 84.20

    Oblicz 0π/4esin2xsinxcosxdx\int_0^{\pi/4} e^{\sin^2 x} \sin x \cos x\, dx.

  21. Ex. 84.21

    Oblicz tan3xsec2xdx\int \tan^3 x \sec^2 x\, dx.

  22. Ex. 84.22

    Oblicz 12x2(x3+1)4dx\int_1^2 x^2(x^3 + 1)^4\, dx.

  23. Ex. 84.23Modeling

    Fundusz dochodu stałego ma stopę wpłat R$ 500 na miesiąc z wzrostem wykładniczym: r(t)=500e0,08tr(t) = 500 e^{0{,}08t} reali na miesiąc. Oblicz stan skumulowany po 12 miesiącach.

  24. Ex. 84.24

    Oblicz xcos(x2)dx\int x\cos(x^2)\, dx.

  25. Ex. 84.25Answer key

    Oblicz 1(1+x)xdx\int \frac{1}{(1+\sqrt{x})\sqrt{x}}\, dx.

  26. Ex. 84.26

    Oblicz 0πcos(sinx)cosxdx\int_0^\pi \cos(\sin x) \cos x\, dx. (Wskazówka: obserwuj granice po podstawieniu.)

  27. Ex. 84.27Challenge

    Oblicz exe2x+1dx\int \frac{e^x}{e^{2x} + 1}\, dx.

  28. Ex. 84.28Challenge

    Spróbuj obliczyć sec3xdx\int \sec^3 x\, dx przez podstawienie. Zidentyfikuj dlaczego proste podstawienie zawodzi tutaj, i napisz odpowiedź (która wymaga całkowania przez części, Lekcja 85).

  29. Ex. 84.29ProofAnswer key

    Wykaż, że f(ax+b)dx=1aF(ax+b)+C\int f(ax + b)\, dx = \frac{1}{a} F(ax + b) + C gdzie F=fF' = f i a0a \neq 0.

  30. Ex. 84.30Modeling

    Pojazd ma przyspieszenie a(t)=10e0,5ta(t) = 10e^{-0{,}5t} m/s², startując ze spoczynku (v(0)=0v(0) = 0). Znajdź v(t)v(t) używając podstawienia i oblicz prędkość w t=4t = 4 s.

Fontes

Updated on 2026-05-06 · Author(s): Clube da Matemática

Found an error? Open an issue on GitHub or submit a PR — open source forever.