Integralen av $$$\frac{1}{x \sqrt{x^{2} - 4}}$$$

Bestäm $$$\int \frac{1}{x \sqrt{x^{2} - 4}}\, dx$$$.

Låt $$$u=\frac{1}{x}$$$ vara.

Då $$$du=\left(\frac{1}{x}\right)^{\prime }dx = - \frac{1}{x^{2}} dx$$$ (stegen kan ses »), och vi har att $$$\frac{dx}{x^{2}} = - du$$$.

Integralen kan omskrivas som

$${\color{red}{\int{\frac{1}{x \sqrt{x^{2} - 4}} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{\sqrt{1 - 4 u^{2}}}\right)d u}}}$$

Tillämpa konstantfaktorregeln $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ med $$$c=-1$$$ och $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{\sqrt{1 - 4 u^{2}}}$$$:

$${\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{\sqrt{1 - 4 u^{2}}}\right)d u}}} = {\color{red}{\left(- \int{\frac{1}{\sqrt{1 - 4 u^{2}}} d u}\right)}}$$

Låt $$$u=\frac{\sin{\left(v \right)}}{2}$$$ vara.

Då $$$du=\left(\frac{\sin{\left(v \right)}}{2}\right)^{\prime }dv = \frac{\cos{\left(v \right)}}{2} dv$$$ (stegen kan ses »).

Det följer också att $$$v=\operatorname{asin}{\left(2 u \right)}$$$.

Alltså,

$$$\frac{1}{\sqrt{1 - 4 u ^{2}}} = \frac{1}{\sqrt{1 - \sin^{2}{\left( v \right)}}}$$$

Använd identiteten $$$1 - \sin^{2}{\left( v \right)} = \cos^{2}{\left( v \right)}$$$:

$$$\frac{1}{\sqrt{1 - \sin^{2}{\left( v \right)}}}=\frac{1}{\sqrt{\cos^{2}{\left( v \right)}}}$$$

Om vi antar att $$$\cos{\left( v \right)} \ge 0$$$, erhåller vi följande:

$$$\frac{1}{\sqrt{\cos^{2}{\left( v \right)}}} = \frac{1}{\cos{\left( v \right)}}$$$

Alltså,

$$- {\color{red}{\int{\frac{1}{\sqrt{1 - 4 u^{2}}} d u}}} = - {\color{red}{\int{\frac{1}{2} d v}}}$$

Tillämpa konstantregeln $$$\int c\, dv = c v$$$ med $$$c=\frac{1}{2}$$$:

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

Kom ihåg att $$$v=\operatorname{asin}{\left(2 u \right)}$$$:

$$- \frac{{\color{red}{v}}}{2} = - \frac{{\color{red}{\operatorname{asin}{\left(2 u \right)}}}}{2}$$

Kom ihåg att $$$u=\frac{1}{x}$$$:

$$- \frac{\operatorname{asin}{\left(2 {\color{red}{u}} \right)}}{2} = - \frac{\operatorname{asin}{\left(2 {\color{red}{\frac{1}{x}}} \right)}}{2}$$

Alltså,

$$\int{\frac{1}{x \sqrt{x^{2} - 4}} d x} = - \frac{\operatorname{asin}{\left(\frac{2}{x} \right)}}{2}$$

Lägg till integrationskonstanten:

$$\int{\frac{1}{x \sqrt{x^{2} - 4}} d x} = - \frac{\operatorname{asin}{\left(\frac{2}{x} \right)}}{2}+C$$

$$$\int \frac{1}{x \sqrt{x^{2} - 4}}\, dx = - \frac{\operatorname{asin}{\left(\frac{2}{x} \right)}}{2} + C$$$A