Funktion $$$e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}$$$ integraali

Määritä $$$\int e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}\, dt$$$.

Integraalin $$$\int{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)} d t}$$$ kohdalla käytä osittaisintegrointia $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Olkoon $$$\operatorname{u}=\sin{\left(3 t \right)}$$$ ja $$$\operatorname{dv}=e^{3 t} dt$$$.

Tällöin $$$\operatorname{du}=\left(\sin{\left(3 t \right)}\right)^{\prime }dt=3 \cos{\left(3 t \right)} dt$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja $$$\operatorname{v}=\int{e^{3 t} d t}=\frac{e^{3 t}}{3}$$$ (vaiheet ovat nähtävissä »).

Integraali voidaan kirjoittaa muotoon

$${\color{red}{\int{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)} d t}}}={\color{red}{\left(\sin{\left(3 t \right)} \cdot \frac{e^{3 t}}{3}-\int{\frac{e^{3 t}}{3} \cdot 3 \cos{\left(3 t \right)} d t}\right)}}={\color{red}{\left(\frac{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}}{3} - \int{e^{3 t} \cos{\left(3 t \right)} d t}\right)}}$$

Integraalin $$$\int{e^{3 t} \cos{\left(3 t \right)} d t}$$$ kohdalla käytä osittaisintegrointia $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Olkoon $$$\operatorname{u}=\cos{\left(3 t \right)}$$$ ja $$$\operatorname{dv}=e^{3 t} dt$$$.

Tällöin $$$\operatorname{du}=\left(\cos{\left(3 t \right)}\right)^{\prime }dt=- 3 \sin{\left(3 t \right)} dt$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja $$$\operatorname{v}=\int{e^{3 t} d t}=\frac{e^{3 t}}{3}$$$ (vaiheet ovat nähtävissä »).

Näin ollen,

$$\frac{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}}{3} - {\color{red}{\int{e^{3 t} \cos{\left(3 t \right)} d t}}}=\frac{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}}{3} - {\color{red}{\left(\cos{\left(3 t \right)} \cdot \frac{e^{3 t}}{3}-\int{\frac{e^{3 t}}{3} \cdot \left(- 3 \sin{\left(3 t \right)}\right) d t}\right)}}=\frac{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}}{3} - {\color{red}{\left(\frac{e^{3 t} \cos{\left(3 t \right)}}{3} - \int{\left(- e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}\right)d t}\right)}}$$

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(t \right)}\, dt = c \int f{\left(t \right)}\, dt$$$ käyttäen $$$c=-1$$$ ja $$$f{\left(t \right)} = e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}$$$:

$$\frac{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}}{3} - \frac{e^{3 t} \cos{\left(3 t \right)}}{3} + {\color{red}{\int{\left(- e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}\right)d t}}} = \frac{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}}{3} - \frac{e^{3 t} \cos{\left(3 t \right)}}{3} + {\color{red}{\left(- \int{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)} d t}\right)}}$$

Olemme päätyneet integraaliin, jonka olemme jo aiemmin nähneet.

Näin ollen olemme saaneet seuraavan yksinkertaisen integraalia koskevan yhtälön:

$$\int{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)} d t} = \frac{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}}{3} - \frac{e^{3 t} \cos{\left(3 t \right)}}{3} - \int{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)} d t}$$

Ratkaisemalla sen saamme, että

$$\int{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)} d t} = \frac{\left(\sin{\left(3 t \right)} - \cos{\left(3 t \right)}\right) e^{3 t}}{6}$$

Näin ollen,

$$\int{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)} d t} = \frac{\left(\sin{\left(3 t \right)} - \cos{\left(3 t \right)}\right) e^{3 t}}{6}$$

Sievennä:

$$\int{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)} d t} = - \frac{\sqrt{2} e^{3 t} \cos{\left(3 t + \frac{\pi}{4} \right)}}{6}$$

Lisää integrointivakio:

$$\int{e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)} d t} = - \frac{\sqrt{2} e^{3 t} \cos{\left(3 t + \frac{\pi}{4} \right)}}{6}+C$$

$$$\int e^{3 t} \sin{\left(3 t \right)}\, dt = - \frac{\sqrt{2} e^{3 t} \cos{\left(3 t + \frac{\pi}{4} \right)}}{6} + C$$$A