$$$3^{x^{2}}$$$ 的積分

此計算器將求出 $$$3^{x^{2}}$$$ 的不定積分(原函數),並顯示步驟。

相關計算器: 定積分與廣義積分計算器

請不要使用任何微分符號,例如 $$$dx$$$$$$dy$$$ 等。
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$$$\int 3^{x^{2}}\, dx$$$

解答

換底:

$${\color{red}{\int{3^{x^{2}} d x}}} = {\color{red}{\int{e^{x^{2} \ln{\left(3 \right)}} d x}}}$$

$$$u=x \sqrt{\ln{\left(3 \right)}}$$$

$$$du=\left(x \sqrt{\ln{\left(3 \right)}}\right)^{\prime }dx = \sqrt{\ln{\left(3 \right)}} dx$$$ (步驟見»),並可得 $$$dx = \frac{du}{\sqrt{\ln{\left(3 \right)}}}$$$

該積分可改寫為

$${\color{red}{\int{e^{x^{2} \ln{\left(3 \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{e^{u^{2}}}{\sqrt{\ln{\left(3 \right)}}} d u}}}$$

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$,使用 $$$c=\frac{1}{\sqrt{\ln{\left(3 \right)}}}$$$$$$f{\left(u \right)} = e^{u^{2}}$$$

$${\color{red}{\int{\frac{e^{u^{2}}}{\sqrt{\ln{\left(3 \right)}}} d u}}} = {\color{red}{\frac{\int{e^{u^{2}} d u}}{\sqrt{\ln{\left(3 \right)}}}}}$$

此積分(虛誤差函數)不存在閉式表示:

$$\frac{{\color{red}{\int{e^{u^{2}} d u}}}}{\sqrt{\ln{\left(3 \right)}}} = \frac{{\color{red}{\left(\frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erfi}{\left(u \right)}}{2}\right)}}}{\sqrt{\ln{\left(3 \right)}}}$$

回顧一下 $$$u=x \sqrt{\ln{\left(3 \right)}}$$$

$$\frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erfi}{\left({\color{red}{u}} \right)}}{2 \sqrt{\ln{\left(3 \right)}}} = \frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erfi}{\left({\color{red}{x \sqrt{\ln{\left(3 \right)}}}} \right)}}{2 \sqrt{\ln{\left(3 \right)}}}$$

因此,

$$\int{3^{x^{2}} d x} = \frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erfi}{\left(x \sqrt{\ln{\left(3 \right)}} \right)}}{2 \sqrt{\ln{\left(3 \right)}}}$$

加上積分常數:

$$\int{3^{x^{2}} d x} = \frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erfi}{\left(x \sqrt{\ln{\left(3 \right)}} \right)}}{2 \sqrt{\ln{\left(3 \right)}}}+C$$

答案

$$$\int 3^{x^{2}}\, dx = \frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erfi}{\left(x \sqrt{\ln\left(3\right)} \right)}}{2 \sqrt{\ln\left(3\right)}} + C$$$A


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