Funktion $$$e^{4 x} \sin{\left(x \right)}$$$ integraali

Määritä $$$\int e^{4 x} \sin{\left(x \right)}\, dx$$$.

Integraalin $$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x}$$$ kohdalla käytä osittaisintegrointia $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Olkoon $$$\operatorname{u}=\sin{\left(x \right)}$$$ ja $$$\operatorname{dv}=e^{4 x} dx$$$.

Tällöin $$$\operatorname{du}=\left(\sin{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx=\cos{\left(x \right)} dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja $$$\operatorname{v}=\int{e^{4 x} d x}=\frac{e^{4 x}}{4}$$$ (vaiheet ovat nähtävissä »).

Integraali voidaan kirjoittaa muotoon

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

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ käyttäen $$$c=\frac{1}{4}$$$ ja $$$f{\left(x \right)} = e^{4 x} \cos{\left(x \right)}$$$:

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

Integraalin $$$\int{e^{4 x} \cos{\left(x \right)} d x}$$$ kohdalla käytä osittaisintegrointia $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Olkoon $$$\operatorname{u}=\cos{\left(x \right)}$$$ ja $$$\operatorname{dv}=e^{4 x} dx$$$.

Tällöin $$$\operatorname{du}=\left(\cos{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx=- \sin{\left(x \right)} dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja $$$\operatorname{v}=\int{e^{4 x} d x}=\frac{e^{4 x}}{4}$$$ (vaiheet ovat nähtävissä »).

Siis,

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

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ käyttäen $$$c=- \frac{1}{4}$$$ ja $$$f{\left(x \right)} = e^{4 x} \sin{\left(x \right)}$$$:

$$\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{16} + \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4}\right)d x}}}}{4} = \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{16} + \frac{{\color{red}{\left(- \frac{\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x}}{4}\right)}}}{4}$$

Olemme päätyneet integraaliin, jonka olemme jo aiemmin nähneet.

Näin ollen olemme saaneet seuraavan yksinkertaisen integraalia koskevan yhtälön:

$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x} = \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{16} - \frac{\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x}}{16}$$

Ratkaisemalla sen saamme, että

$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x} = \frac{\left(4 \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) e^{4 x}}{17}$$

Näin ollen,

$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x} = \frac{\left(4 \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) e^{4 x}}{17}$$

Lisää integrointivakio:

$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x} = \frac{\left(4 \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) e^{4 x}}{17}+C$$

$$$\int e^{4 x} \sin{\left(x \right)}\, dx = \frac{\left(4 \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) e^{4 x}}{17} + C$$$A