Funktion $$$4 e^{- \frac{x^{2}}{2}}$$$ integraali

Määritä $$$\int 4 e^{- \frac{x^{2}}{2}}\, dx$$$.

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ käyttäen $$$c=4$$$ ja $$$f{\left(x \right)} = e^{- \frac{x^{2}}{2}}$$$:

$${\color{red}{\int{4 e^{- \frac{x^{2}}{2}} d x}}} = {\color{red}{\left(4 \int{e^{- \frac{x^{2}}{2}} d x}\right)}}$$

Olkoon $$$u=\frac{\sqrt{2} x}{2}$$$.

Tällöin $$$du=\left(\frac{\sqrt{2} x}{2}\right)^{\prime }dx = \frac{\sqrt{2}}{2} dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$dx = \sqrt{2} du$$$.

Integraali muuttuu muotoon

$$4 {\color{red}{\int{e^{- \frac{x^{2}}{2}} d x}}} = 4 {\color{red}{\int{\sqrt{2} e^{- u^{2}} d u}}}$$

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ käyttäen $$$c=\sqrt{2}$$$ ja $$$f{\left(u \right)} = e^{- u^{2}}$$$:

$$4 {\color{red}{\int{\sqrt{2} e^{- u^{2}} d u}}} = 4 {\color{red}{\sqrt{2} \int{e^{- u^{2}} d u}}}$$

Tällä integraalilla (Virhefunktio) ei ole suljettua muotoa:

$$4 \sqrt{2} {\color{red}{\int{e^{- u^{2}} d u}}} = 4 \sqrt{2} {\color{red}{\left(\frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left(u \right)}}{2}\right)}}$$

Muista, että $$$u=\frac{\sqrt{2} x}{2}$$$:

$$2 \sqrt{2} \sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left({\color{red}{u}} \right)} = 2 \sqrt{2} \sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left({\color{red}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2}\right)}} \right)}$$

Näin ollen,

$$\int{4 e^{- \frac{x^{2}}{2}} d x} = 2 \sqrt{2} \sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2} \right)}$$

Lisää integrointivakio:

$$\int{4 e^{- \frac{x^{2}}{2}} d x} = 2 \sqrt{2} \sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2} \right)}+C$$

$$$\int 4 e^{- \frac{x^{2}}{2}}\, dx = 2 \sqrt{2} \sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2} \right)} + C$$$A