Integral von $$$\frac{1}{a^{2} + x^{2}}$$$ nach $$$x$$$
Verwandter Rechner: Rechner für bestimmte und uneigentliche Integrale
Ihre Eingabe
Bestimme $$$\int \frac{1}{a^{2} + x^{2}}\, dx$$$.
Lösung
Sei $$$u=\frac{x}{\left|{a}\right|}$$$.
Dann $$$du=\left(\frac{x}{\left|{a}\right|}\right)^{\prime }dx = \frac{dx}{\left|{a}\right|}$$$ (die Schritte sind » zu sehen), und es gilt $$$dx = \left|{a}\right| du$$$.
Das Integral lässt sich umschreiben als
$${\color{red}{\int{\frac{1}{a^{2} + x^{2}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\left|{a}\right|}{a^{2} \left(u^{2} + 1\right)} d u}}}$$
Wende die Konstantenfaktorregel $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ mit $$$c=\frac{\left|{a}\right|}{a^{2}}$$$ und $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u^{2} + 1}$$$ an:
$${\color{red}{\int{\frac{\left|{a}\right|}{a^{2} \left(u^{2} + 1\right)} d u}}} = {\color{red}{\frac{\left|{a}\right| \int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u}}{a^{2}}}}$$
Das Integral von $$$\frac{1}{u^{2} + 1}$$$ ist $$$\int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} = \operatorname{atan}{\left(u \right)}$$$:
$$\frac{\left|{a}\right| {\color{red}{\int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u}}}}{a^{2}} = \frac{\left|{a}\right| {\color{red}{\operatorname{atan}{\left(u \right)}}}}{a^{2}}$$
Zur Erinnerung: $$$u=\frac{x}{\left|{a}\right|}$$$:
$$\frac{\left|{a}\right| \operatorname{atan}{\left({\color{red}{u}} \right)}}{a^{2}} = \frac{\left|{a}\right| \operatorname{atan}{\left({\color{red}{\frac{x}{\left|{a}\right|}}} \right)}}{a^{2}}$$
Daher,
$$\int{\frac{1}{a^{2} + x^{2}} d x} = \frac{\left|{a}\right| \operatorname{atan}{\left(\frac{x}{\left|{a}\right|} \right)}}{a^{2}}$$
Fügen Sie die Integrationskonstante hinzu:
$$\int{\frac{1}{a^{2} + x^{2}} d x} = \frac{\left|{a}\right| \operatorname{atan}{\left(\frac{x}{\left|{a}\right|} \right)}}{a^{2}}+C$$
Antwort
$$$\int \frac{1}{a^{2} + x^{2}}\, dx = \frac{\left|{a}\right| \operatorname{atan}{\left(\frac{x}{\left|{a}\right|} \right)}}{a^{2}} + C$$$A