int_(0)^(15)x^2sqrt(a^2-x^2)dx150x2a2x2dx?

Antworten:

int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = (a^4pi)/16a0x2a2x2dx=a4π16

Erläuterung:

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int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx a0x2a2x2dx

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)acostdta0x2a2x2dx=π20a2sin2ta2a2sin2tacostdt

int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4 int_0^(pi/2) sin^2t sqrt(1- sin^2t)costdta0x2a2x2dx=a4π20sin2t1sin2tcostdt

Für t in [0,pi/2]t[0,π2] Der Cosinus ist positiv, also:

sqrt(1- sin^2t) = cost1sin2t=cost

und dann:

int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4 int_0^(pi/2) sin^2t cos^2tdta0x2a2x2dx=a4π20sin2tcos2tdt

Verwenden Sie jetzt die trigonometrischen Identitäten:

sin 2theta = 2 sin theta cos thetasin2θ=2sinθcosθ

2sin^2 theta = 1- cos theta2sin2θ=1cosθ

so:

sin^2t cos^2tdt = 1/4 sin^2 2t = 1/8(1-cos4t)sin2tcos2tdt=14sin22t=18(1cos4t)

und:

int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4/8 int_0^(pi/2) (1-cos4t)dta0x2a2x2dx=a48π20(1cos4t)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)a0x2a2x2dx=a48(π20dtπ20cos4tdt)

int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = a^4/8 [t - (sin 4t)/4]_0^(pi/2)a0x2a2x2dx=a48[tsin4t4]π20

int_0^a x^2sqrt(a^2-x^2)dx = (a^4pi)/16a0x2a2x2dx=a4π16