Integral von $$$\cos{\left(\omega t^{2} \right)}$$$ nach $$$t$$$

Bestimme $$$\int \cos{\left(\omega t^{2} \right)}\, dt$$$.

Sei $$$u=\sqrt{\omega} t$$$.

Dann $$$du=\left(\sqrt{\omega} t\right)^{\prime }dt = \sqrt{\omega} dt$$$ (die Schritte sind » zu sehen), und es gilt $$$dt = \frac{du}{\sqrt{\omega}}$$$.

Das Integral lässt sich umschreiben als

$${\color{red}{\int{\cos{\left(\omega t^{2} \right)} d t}}} = {\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(u^{2} \right)}}{\sqrt{\omega}} d u}}}$$

Wende die Konstantenfaktorregel $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ mit $$$c=\frac{1}{\sqrt{\omega}}$$$ und $$$f{\left(u \right)} = \cos{\left(u^{2} \right)}$$$ an:

$${\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(u^{2} \right)}}{\sqrt{\omega}} d u}}} = {\color{red}{\frac{\int{\cos{\left(u^{2} \right)} d u}}{\sqrt{\omega}}}}$$

Dieses Integral (Fresnel-Kosinusintegral) besitzt keine geschlossene Form:

$$\frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(u^{2} \right)} d u}}}}{\sqrt{\omega}} = \frac{{\color{red}{\left(\frac{\sqrt{2} \sqrt{\pi} C\left(\frac{\sqrt{2} u}{\sqrt{\pi}}\right)}{2}\right)}}}{\sqrt{\omega}}$$

Zur Erinnerung: $$$u=\sqrt{\omega} t$$$:

$$\frac{\sqrt{2} \sqrt{\pi} C\left(\frac{\sqrt{2} {\color{red}{u}}}{\sqrt{\pi}}\right)}{2 \sqrt{\omega}} = \frac{\sqrt{2} \sqrt{\pi} C\left(\frac{\sqrt{2} {\color{red}{\sqrt{\omega} t}}}{\sqrt{\pi}}\right)}{2 \sqrt{\omega}}$$

Daher,

$$\int{\cos{\left(\omega t^{2} \right)} d t} = \frac{\sqrt{2} \sqrt{\pi} C\left(\frac{\sqrt{2} \sqrt{\omega} t}{\sqrt{\pi}}\right)}{2 \sqrt{\omega}}$$

Fügen Sie die Integrationskonstante hinzu:

$$\int{\cos{\left(\omega t^{2} \right)} d t} = \frac{\sqrt{2} \sqrt{\pi} C\left(\frac{\sqrt{2} \sqrt{\omega} t}{\sqrt{\pi}}\right)}{2 \sqrt{\omega}}+C$$

$$$\int \cos{\left(\omega t^{2} \right)}\, dt = \frac{\sqrt{2} \sqrt{\pi} C\left(\frac{\sqrt{2} \sqrt{\omega} t}{\sqrt{\pi}}\right)}{2 \sqrt{\omega}} + C$$$A