Funktion $$$z^{2} e^{- z}$$$ integraali

Määritä $$$\int z^{2} e^{- z}\, dz$$$.

Integraalin $$$\int{z^{2} e^{- z} d z}$$$ kohdalla käytä osittaisintegrointia $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Olkoon $$$\operatorname{u}=z^{2}$$$ ja $$$\operatorname{dv}=e^{- z} dz$$$.

Tällöin $$$\operatorname{du}=\left(z^{2}\right)^{\prime }dz=2 z dz$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja $$$\operatorname{v}=\int{e^{- z} d z}=- e^{- z}$$$ (vaiheet ovat nähtävissä »).

Integraali muuttuu muotoon

$${\color{red}{\int{z^{2} e^{- z} d z}}}={\color{red}{\left(z^{2} \cdot \left(- e^{- z}\right)-\int{\left(- e^{- z}\right) \cdot 2 z d z}\right)}}={\color{red}{\left(- z^{2} e^{- z} - \int{\left(- 2 z e^{- z}\right)d z}\right)}}$$

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

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

Integraalin $$$\int{z e^{- z} d z}$$$ kohdalla käytä osittaisintegrointia $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Olkoon $$$\operatorname{u}=z$$$ ja $$$\operatorname{dv}=e^{- z} dz$$$.

Tällöin $$$\operatorname{du}=\left(z\right)^{\prime }dz=1 dz$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja $$$\operatorname{v}=\int{e^{- z} d z}=- e^{- z}$$$ (vaiheet ovat nähtävissä »).

Integraali muuttuu muotoon

$$- z^{2} e^{- z} + 2 {\color{red}{\int{z e^{- z} d z}}}=- z^{2} e^{- z} + 2 {\color{red}{\left(z \cdot \left(- e^{- z}\right)-\int{\left(- e^{- z}\right) \cdot 1 d z}\right)}}=- z^{2} e^{- z} + 2 {\color{red}{\left(- z e^{- z} - \int{\left(- e^{- z}\right)d z}\right)}}$$

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(z \right)}\, dz = c \int f{\left(z \right)}\, dz$$$ käyttäen $$$c=-1$$$ ja $$$f{\left(z \right)} = e^{- z}$$$:

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

Olkoon $$$u=- z$$$.

Tällöin $$$du=\left(- z\right)^{\prime }dz = - dz$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$dz = - du$$$.

Siis,

$$- z^{2} e^{- z} - 2 z e^{- z} + 2 {\color{red}{\int{e^{- z} d z}}} = - z^{2} e^{- z} - 2 z e^{- z} + 2 {\color{red}{\int{\left(- e^{u}\right)d u}}}$$

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ käyttäen $$$c=-1$$$ ja $$$f{\left(u \right)} = e^{u}$$$:

$$- z^{2} e^{- z} - 2 z e^{- z} + 2 {\color{red}{\int{\left(- e^{u}\right)d u}}} = - z^{2} e^{- z} - 2 z e^{- z} + 2 {\color{red}{\left(- \int{e^{u} d u}\right)}}$$

Eksponenttifunktion integraali on $$$\int{e^{u} d u} = e^{u}$$$:

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

Muista, että $$$u=- z$$$:

$$- z^{2} e^{- z} - 2 z e^{- z} - 2 e^{{\color{red}{u}}} = - z^{2} e^{- z} - 2 z e^{- z} - 2 e^{{\color{red}{\left(- z\right)}}}$$

Näin ollen,

$$\int{z^{2} e^{- z} d z} = - z^{2} e^{- z} - 2 z e^{- z} - 2 e^{- z}$$

Sievennä:

$$\int{z^{2} e^{- z} d z} = \left(- z^{2} - 2 z - 2\right) e^{- z}$$

Lisää integrointivakio:

$$\int{z^{2} e^{- z} d z} = \left(- z^{2} - 2 z - 2\right) e^{- z}+C$$

$$$\int z^{2} e^{- z}\, dz = \left(- z^{2} - 2 z - 2\right) e^{- z} + C$$$A