Funktion $$$\frac{x^{3}}{x - 3}$$$ integraali

Määritä $$$\int \frac{x^{3}}{x - 3}\, dx$$$.

Koska osoittajan aste ei ole pienempi kuin nimittäjän aste, suorita polynomien jakokulma (vaiheet voidaan nähdä »):

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

Integroi termi kerrallaan:

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

Sovella vakiosääntöä $$$\int c\, dx = c x$$$ käyttäen $$$c=9$$$:

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

Sovella potenssisääntöä $$$\int x^{n}\, dx = \frac{x^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ käyttäen $$$n=2$$$:

$$9 x + \int{3 x d x} + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + {\color{red}{\int{x^{2} d x}}}=9 x + \int{3 x d x} + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + {\color{red}{\frac{x^{1 + 2}}{1 + 2}}}=9 x + \int{3 x d x} + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + {\color{red}{\left(\frac{x^{3}}{3}\right)}}$$

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ käyttäen $$$c=3$$$ ja $$$f{\left(x \right)} = x$$$:

$$\frac{x^{3}}{3} + 9 x + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + {\color{red}{\int{3 x d x}}} = \frac{x^{3}}{3} + 9 x + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + {\color{red}{\left(3 \int{x d x}\right)}}$$

Sovella potenssisääntöä $$$\int x^{n}\, dx = \frac{x^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ käyttäen $$$n=1$$$:

$$\frac{x^{3}}{3} + 9 x + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + 3 {\color{red}{\int{x d x}}}=\frac{x^{3}}{3} + 9 x + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + 3 {\color{red}{\frac{x^{1 + 1}}{1 + 1}}}=\frac{x^{3}}{3} + 9 x + \int{\frac{27}{x - 3} d x} + 3 {\color{red}{\left(\frac{x^{2}}{2}\right)}}$$

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ käyttäen $$$c=27$$$ ja $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x - 3}$$$:

$$\frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + {\color{red}{\int{\frac{27}{x - 3} d x}}} = \frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + {\color{red}{\left(27 \int{\frac{1}{x - 3} d x}\right)}}$$

Olkoon $$$u=x - 3$$$.

Tällöin $$$du=\left(x - 3\right)^{\prime }dx = 1 dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$dx = du$$$.

Integraali voidaan kirjoittaa muotoon

$$\frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 {\color{red}{\int{\frac{1}{x - 3} d x}}} = \frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}$$

Funktion $$$\frac{1}{u}$$$ integraali on $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$:

$$\frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}} = \frac{x^{3}}{3} + \frac{3 x^{2}}{2} + 9 x + 27 {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}$$

Muista, että $$$u=x - 3$$$:

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

Näin ollen,

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

Lisää integrointivakio:

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

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