Integralen av $$$\frac{x^{2} e^{- x}}{2}$$$

Bestäm $$$\int \frac{x^{2} e^{- x}}{2}\, dx$$$.

Tillämpa konstantfaktorregeln $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ med $$$c=\frac{1}{2}$$$ och $$$f{\left(x \right)} = x^{2} e^{- x}$$$:

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

För integralen $$$\int{x^{2} e^{- x} d x}$$$, använd partiell integration $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Låt $$$\operatorname{u}=x^{2}$$$ och $$$\operatorname{dv}=e^{- x} dx$$$.

Då gäller $$$\operatorname{du}=\left(x^{2}\right)^{\prime }dx=2 x dx$$$ (stegen kan ses ») och $$$\operatorname{v}=\int{e^{- x} d x}=- e^{- x}$$$ (stegen kan ses »).

Alltså,

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

Tillämpa konstantfaktorregeln $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ med $$$c=-2$$$ och $$$f{\left(x \right)} = x e^{- x}$$$:

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

För integralen $$$\int{x e^{- x} d x}$$$, använd partiell integration $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Låt $$$\operatorname{u}=x$$$ och $$$\operatorname{dv}=e^{- x} dx$$$.

Då gäller $$$\operatorname{du}=\left(x\right)^{\prime }dx=1 dx$$$ (stegen kan ses ») och $$$\operatorname{v}=\int{e^{- x} d x}=- e^{- x}$$$ (stegen kan ses »).

Integralen blir

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

Tillämpa konstantfaktorregeln $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ med $$$c=-1$$$ och $$$f{\left(x \right)} = e^{- x}$$$:

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

Låt $$$u=- x$$$ vara.

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

Alltså,

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

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

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

Integralen av den exponentiella funktionen är $$$\int{e^{u} d u} = e^{u}$$$:

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

Kom ihåg att $$$u=- x$$$:

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

Alltså,

$$\int{\frac{x^{2} e^{- x}}{2} d x} = - \frac{x^{2} e^{- x}}{2} - x e^{- x} - e^{- x}$$

Förenkla:

$$\int{\frac{x^{2} e^{- x}}{2} d x} = \left(- \frac{x^{2}}{2} - x - 1\right) e^{- x}$$

Lägg till integrationskonstanten:

$$\int{\frac{x^{2} e^{- x}}{2} d x} = \left(- \frac{x^{2}}{2} - x - 1\right) e^{- x}+C$$

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