Integrale di $$$\frac{1}{- k^{2} + r^{2}}$$$ rispetto a $$$k$$$

Trova $$$\int \frac{1}{- k^{2} + r^{2}}\, dk$$$.

Esegui la decomposizione in fratti semplici:

$${\color{red}{\int{\frac{1}{- k^{2} + r^{2}} d k}}} = {\color{red}{\int{\left(\frac{1}{2 r \left(k + r\right)} + \frac{1}{2 r \left(- k + r\right)}\right)d k}}}$$

Integra termine per termine:

$${\color{red}{\int{\left(\frac{1}{2 r \left(k + r\right)} + \frac{1}{2 r \left(- k + r\right)}\right)d k}}} = {\color{red}{\left(\int{\frac{1}{2 r \left(- k + r\right)} d k} + \int{\frac{1}{2 r \left(k + r\right)} d k}\right)}}$$

Applica la regola del fattore costante $$$\int c f{\left(k \right)}\, dk = c \int f{\left(k \right)}\, dk$$$ con $$$c=\frac{1}{2 r}$$$ e $$$f{\left(k \right)} = \frac{1}{k + r}$$$:

$$\int{\frac{1}{2 r \left(- k + r\right)} d k} + {\color{red}{\int{\frac{1}{2 r \left(k + r\right)} d k}}} = \int{\frac{1}{2 r \left(- k + r\right)} d k} + {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{k + r} d k}}{2 r}\right)}}$$

Sia $$$u=k + r$$$.

Quindi $$$du=\left(k + r\right)^{\prime }dk = 1 dk$$$ (i passaggi si possono vedere »), e si ha che $$$dk = du$$$.

Pertanto,

$$\int{\frac{1}{2 r \left(- k + r\right)} d k} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{k + r} d k}}}}{2 r} = \int{\frac{1}{2 r \left(- k + r\right)} d k} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{2 r}$$

L'integrale di $$$\frac{1}{u}$$$ è $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$:

$$\int{\frac{1}{2 r \left(- k + r\right)} d k} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{2 r} = \int{\frac{1}{2 r \left(- k + r\right)} d k} + \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{2 r}$$

Ricordiamo che $$$u=k + r$$$:

$$\int{\frac{1}{2 r \left(- k + r\right)} d k} + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{2 r} = \int{\frac{1}{2 r \left(- k + r\right)} d k} + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(k + r\right)}}}\right| \right)}}{2 r}$$

Applica la regola del fattore costante $$$\int c f{\left(k \right)}\, dk = c \int f{\left(k \right)}\, dk$$$ con $$$c=\frac{1}{2 r}$$$ e $$$f{\left(k \right)} = \frac{1}{- k + r}$$$:

$${\color{red}{\int{\frac{1}{2 r \left(- k + r\right)} d k}}} + \frac{\ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r} = {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{- k + r} d k}}{2 r}\right)}} + \frac{\ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r}$$

Sia $$$u=- k + r$$$.

Quindi $$$du=\left(- k + r\right)^{\prime }dk = - dk$$$ (i passaggi si possono vedere »), e si ha che $$$dk = - du$$$.

L'integrale può essere riscritto come

$$\frac{\ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{- k + r} d k}}}}{2 r} = \frac{\ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r} + \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{u}\right)d u}}}}{2 r}$$

Applica la regola del fattore costante $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ con $$$c=-1$$$ e $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u}$$$:

$$\frac{\ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r} + \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{u}\right)d u}}}}{2 r} = \frac{\ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r} + \frac{{\color{red}{\left(- \int{\frac{1}{u} d u}\right)}}}{2 r}$$

L'integrale di $$$\frac{1}{u}$$$ è $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$:

$$\frac{\ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{2 r} = \frac{\ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r} - \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{2 r}$$

Ricordiamo che $$$u=- k + r$$$:

$$\frac{\ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r} - \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{2 r} = \frac{\ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r} - \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(- k + r\right)}}}\right| \right)}}{2 r}$$

Pertanto,

$$\int{\frac{1}{- k^{2} + r^{2}} d k} = - \frac{\ln{\left(\left|{k - r}\right| \right)}}{2 r} + \frac{\ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r}$$

Semplifica:

$$\int{\frac{1}{- k^{2} + r^{2}} d k} = \frac{- \ln{\left(\left|{k - r}\right| \right)} + \ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r}$$

Aggiungi la costante di integrazione:

$$\int{\frac{1}{- k^{2} + r^{2}} d k} = \frac{- \ln{\left(\left|{k - r}\right| \right)} + \ln{\left(\left|{k + r}\right| \right)}}{2 r}+C$$

$$$\int \frac{1}{- k^{2} + r^{2}}\, dk = \frac{- \ln\left(\left|{k - r}\right|\right) + \ln\left(\left|{k + r}\right|\right)}{2 r} + C$$$A