Integral von $$$x^{2} e^{- 3 x}$$$

Bestimme $$$\int x^{2} e^{- 3 x}\, dx$$$.

Für das Integral $$$\int{x^{2} e^{- 3 x} d x}$$$ verwenden Sie die partielle Integration $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Seien $$$\operatorname{u}=x^{2}$$$ und $$$\operatorname{dv}=e^{- 3 x} dx$$$.

Dann gilt $$$\operatorname{du}=\left(x^{2}\right)^{\prime }dx=2 x dx$$$ (Rechenschritte siehe ») und $$$\operatorname{v}=\int{e^{- 3 x} d x}=- \frac{e^{- 3 x}}{3}$$$ (Rechenschritte siehe »).

Somit,

$${\color{red}{\int{x^{2} e^{- 3 x} d x}}}={\color{red}{\left(x^{2} \cdot \left(- \frac{e^{- 3 x}}{3}\right)-\int{\left(- \frac{e^{- 3 x}}{3}\right) \cdot 2 x d x}\right)}}={\color{red}{\left(- \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - \int{\left(- \frac{2 x e^{- 3 x}}{3}\right)d x}\right)}}$$

Wende die Konstantenfaktorregel $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ mit $$$c=- \frac{2}{3}$$$ und $$$f{\left(x \right)} = x e^{- 3 x}$$$ an:

$$- \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - {\color{red}{\int{\left(- \frac{2 x e^{- 3 x}}{3}\right)d x}}} = - \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - {\color{red}{\left(- \frac{2 \int{x e^{- 3 x} d x}}{3}\right)}}$$

Für das Integral $$$\int{x e^{- 3 x} d x}$$$ verwenden Sie die partielle Integration $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Seien $$$\operatorname{u}=x$$$ und $$$\operatorname{dv}=e^{- 3 x} dx$$$.

Dann gilt $$$\operatorname{du}=\left(x\right)^{\prime }dx=1 dx$$$ (Rechenschritte siehe ») und $$$\operatorname{v}=\int{e^{- 3 x} d x}=- \frac{e^{- 3 x}}{3}$$$ (Rechenschritte siehe »).

Daher,

$$- \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} + \frac{2 {\color{red}{\int{x e^{- 3 x} d x}}}}{3}=- \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} + \frac{2 {\color{red}{\left(x \cdot \left(- \frac{e^{- 3 x}}{3}\right)-\int{\left(- \frac{e^{- 3 x}}{3}\right) \cdot 1 d x}\right)}}}{3}=- \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} + \frac{2 {\color{red}{\left(- \frac{x e^{- 3 x}}{3} - \int{\left(- \frac{e^{- 3 x}}{3}\right)d x}\right)}}}{3}$$

Wende die Konstantenfaktorregel $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ mit $$$c=- \frac{1}{3}$$$ und $$$f{\left(x \right)} = e^{- 3 x}$$$ an:

$$- \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - \frac{2 x e^{- 3 x}}{9} - \frac{2 {\color{red}{\int{\left(- \frac{e^{- 3 x}}{3}\right)d x}}}}{3} = - \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - \frac{2 x e^{- 3 x}}{9} - \frac{2 {\color{red}{\left(- \frac{\int{e^{- 3 x} d x}}{3}\right)}}}{3}$$

Sei $$$u=- 3 x$$$.

Dann $$$du=\left(- 3 x\right)^{\prime }dx = - 3 dx$$$ (die Schritte sind » zu sehen), und es gilt $$$dx = - \frac{du}{3}$$$.

Daher,

$$- \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - \frac{2 x e^{- 3 x}}{9} + \frac{2 {\color{red}{\int{e^{- 3 x} d x}}}}{9} = - \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - \frac{2 x e^{- 3 x}}{9} + \frac{2 {\color{red}{\int{\left(- \frac{e^{u}}{3}\right)d u}}}}{9}$$

Wende die Konstantenfaktorregel $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ mit $$$c=- \frac{1}{3}$$$ und $$$f{\left(u \right)} = e^{u}$$$ an:

$$- \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - \frac{2 x e^{- 3 x}}{9} + \frac{2 {\color{red}{\int{\left(- \frac{e^{u}}{3}\right)d u}}}}{9} = - \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - \frac{2 x e^{- 3 x}}{9} + \frac{2 {\color{red}{\left(- \frac{\int{e^{u} d u}}{3}\right)}}}{9}$$

Das Integral der Exponentialfunktion lautet $$$\int{e^{u} d u} = e^{u}$$$:

$$- \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - \frac{2 x e^{- 3 x}}{9} - \frac{2 {\color{red}{\int{e^{u} d u}}}}{27} = - \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - \frac{2 x e^{- 3 x}}{9} - \frac{2 {\color{red}{e^{u}}}}{27}$$

Zur Erinnerung: $$$u=- 3 x$$$:

$$- \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - \frac{2 x e^{- 3 x}}{9} - \frac{2 e^{{\color{red}{u}}}}{27} = - \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - \frac{2 x e^{- 3 x}}{9} - \frac{2 e^{{\color{red}{\left(- 3 x\right)}}}}{27}$$

Daher,

$$\int{x^{2} e^{- 3 x} d x} = - \frac{x^{2} e^{- 3 x}}{3} - \frac{2 x e^{- 3 x}}{9} - \frac{2 e^{- 3 x}}{27}$$

Vereinfachen:

$$\int{x^{2} e^{- 3 x} d x} = \frac{\left(- 9 x^{2} - 6 x - 2\right) e^{- 3 x}}{27}$$

Fügen Sie die Integrationskonstante hinzu:

$$\int{x^{2} e^{- 3 x} d x} = \frac{\left(- 9 x^{2} - 6 x - 2\right) e^{- 3 x}}{27}+C$$

$$$\int x^{2} e^{- 3 x}\, dx = \frac{\left(- 9 x^{2} - 6 x - 2\right) e^{- 3 x}}{27} + C$$$A