Funktion $$$e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}$$$ integraali

Määritä $$$\int e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}\, dx$$$.

Integraalin $$$\int{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)} d x}$$$ kohdalla käytä osittaisintegrointia $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Olkoon $$$\operatorname{u}=\sin{\left(3 x \right)}$$$ ja $$$\operatorname{dv}=e^{5 x} dx$$$.

Tällöin $$$\operatorname{du}=\left(\sin{\left(3 x \right)}\right)^{\prime }dx=3 \cos{\left(3 x \right)} dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja $$$\operatorname{v}=\int{e^{5 x} d x}=\frac{e^{5 x}}{5}$$$ (vaiheet ovat nähtävissä »).

Integraali voidaan kirjoittaa muotoon

$${\color{red}{\int{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)} d x}}}={\color{red}{\left(\sin{\left(3 x \right)} \cdot \frac{e^{5 x}}{5}-\int{\frac{e^{5 x}}{5} \cdot 3 \cos{\left(3 x \right)} d x}\right)}}={\color{red}{\left(\frac{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}}{5} - \int{\frac{3 e^{5 x} \cos{\left(3 x \right)}}{5} d x}\right)}}$$

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ käyttäen $$$c=\frac{3}{5}$$$ ja $$$f{\left(x \right)} = e^{5 x} \cos{\left(3 x \right)}$$$:

$$\frac{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}}{5} - {\color{red}{\int{\frac{3 e^{5 x} \cos{\left(3 x \right)}}{5} d x}}} = \frac{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}}{5} - {\color{red}{\left(\frac{3 \int{e^{5 x} \cos{\left(3 x \right)} d x}}{5}\right)}}$$

Integraalin $$$\int{e^{5 x} \cos{\left(3 x \right)} d x}$$$ kohdalla käytä osittaisintegrointia $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Olkoon $$$\operatorname{u}=\cos{\left(3 x \right)}$$$ ja $$$\operatorname{dv}=e^{5 x} dx$$$.

Tällöin $$$\operatorname{du}=\left(\cos{\left(3 x \right)}\right)^{\prime }dx=- 3 \sin{\left(3 x \right)} dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja $$$\operatorname{v}=\int{e^{5 x} d x}=\frac{e^{5 x}}{5}$$$ (vaiheet ovat nähtävissä »).

Näin ollen,

$$\frac{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}}{5} - \frac{3 {\color{red}{\int{e^{5 x} \cos{\left(3 x \right)} d x}}}}{5}=\frac{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}}{5} - \frac{3 {\color{red}{\left(\cos{\left(3 x \right)} \cdot \frac{e^{5 x}}{5}-\int{\frac{e^{5 x}}{5} \cdot \left(- 3 \sin{\left(3 x \right)}\right) d x}\right)}}}{5}=\frac{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}}{5} - \frac{3 {\color{red}{\left(\frac{e^{5 x} \cos{\left(3 x \right)}}{5} - \int{\left(- \frac{3 e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}}{5}\right)d x}\right)}}}{5}$$

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ käyttäen $$$c=- \frac{3}{5}$$$ ja $$$f{\left(x \right)} = e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}$$$:

$$\frac{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}}{5} - \frac{3 e^{5 x} \cos{\left(3 x \right)}}{25} + \frac{3 {\color{red}{\int{\left(- \frac{3 e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}}{5}\right)d x}}}}{5} = \frac{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}}{5} - \frac{3 e^{5 x} \cos{\left(3 x \right)}}{25} + \frac{3 {\color{red}{\left(- \frac{3 \int{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)} d x}}{5}\right)}}}{5}$$

Olemme päätyneet integraaliin, jonka olemme jo aiemmin nähneet.

Näin ollen olemme saaneet seuraavan yksinkertaisen integraalia koskevan yhtälön:

$$\int{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)} d x} = \frac{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}}{5} - \frac{3 e^{5 x} \cos{\left(3 x \right)}}{25} - \frac{9 \int{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)} d x}}{25}$$

Ratkaisemalla sen saamme, että

$$\int{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)} d x} = \frac{\left(5 \sin{\left(3 x \right)} - 3 \cos{\left(3 x \right)}\right) e^{5 x}}{34}$$

Näin ollen,

$$\int{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)} d x} = \frac{\left(5 \sin{\left(3 x \right)} - 3 \cos{\left(3 x \right)}\right) e^{5 x}}{34}$$

Lisää integrointivakio:

$$\int{e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)} d x} = \frac{\left(5 \sin{\left(3 x \right)} - 3 \cos{\left(3 x \right)}\right) e^{5 x}}{34}+C$$

$$$\int e^{5 x} \sin{\left(3 x \right)}\, dx = \frac{\left(5 \sin{\left(3 x \right)} - 3 \cos{\left(3 x \right)}\right) e^{5 x}}{34} + C$$$A