int_(0)^(15)x^2sqrt(a^2-x^2)dx∫150x2√a2−x2dx?
Antworten:
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = (a^4pi)/16∫a0x2√a2−x2dx=a4π16
Erläuterung:
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int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx ∫a0x2√a2−x2dx
Ersatz:
x= asintx=asint
dx = a costdtdx=acostdt
mit t in [0,pi/2]t∈[0,π2]
damit:
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = int_0^(pi/2) a^2 sin^2t sqrt(a^2-a^2 sin^2t)acostdt∫a0x2√a2−x2dx=∫π20a2sin2t√a2−a2sin2tacostdt
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4 int_0^(pi/2) sin^2t sqrt(1- sin^2t)costdt∫a0x2√a2−x2dx=a4∫π20sin2t√1−sin2tcostdt
Für t in [0,pi/2]t∈[0,π2] Der Cosinus ist positiv, also:
sqrt(1- sin^2t) = cost√1−sin2t=cost
und dann:
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4 int_0^(pi/2) sin^2t cos^2tdt∫a0x2√a2−x2dx=a4∫π20sin2tcos2tdt
Verwenden Sie jetzt die trigonometrischen Identitäten:
sin 2theta = 2 sin theta cos thetasin2θ=2sinθcosθ
2sin^2 theta = 1- cos theta2sin2θ=1−cosθ
so:
sin^2t cos^2tdt = 1/4 sin^2 2t = 1/8(1-cos4t)sin2tcos2tdt=14sin22t=18(1−cos4t)
und:
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4/8 int_0^(pi/2) (1-cos4t)dt∫a0x2√a2−x2dx=a48∫π20(1−cos4t)dt
Verwenden Sie jetzt die Linearität des Integrals:
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4/8 (int_0^(pi/2) dt - int_0^(pi/2) cos4tdt)∫a0x2√a2−x2dx=a48(∫π20dt−∫π20cos4tdt)
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4/8 [t - (sin 4t)/4]_0^(pi/2)∫a0x2√a2−x2dx=a48[t−sin4t4]π20
int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = (a^4pi)/16∫a0x2√a2−x2dx=a4π16