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Hallazgo $\int e^{2x} \sin{4x} \, dx$

Búsqueda de $$\int e^{2x} \sin 4x \, dx$$

Creo que debería estar haciendo la integración por partes...

Si dejo $u=e^{2x} \Rightarrow du = 2e^{2x}$,
$dv = \sin{4x} \Rightarrow v = -\frac{1}{4} \cos{4x}$
$\int{ e^{2x} \sin{4x}} dx = e^{2x}(-\frac{1}{4}\cos 4x) - \color{red}{\int (-\frac{1}{4} \cos 4x) 2e^{2x} \, dx}$ Resaltado en rojo, me parece que la integración de una exponencial de los tiempos de trig expresión de nuevo ... no parece que te camino correcto a seguir

Así que lo dejé $u=\sin{4x} \Rightarrow du = 4\cos 4x \, dx$
$dv = e^{2x} dx \Rightarrow v = \frac{1}{2} e^{2x}$
$\sin{4x}(\frac{1}{2} e^{2x}) - \int (\frac{1}{2} e^{2x})(4\cos4x) \, dx$
De nuevo, es una exponencial de los tiempos de una función trigonométrica?

Estoy utilizando mal la sustitución?

4voto

Pedro Tamaroff Puntos 73748

En general, si quieres encontrar a $$ \int e^{ax}\cdot \sin{bx}\cdot dx$$ se puede argumentar de la siguiente manera:

Tenga en cuenta que para cualquier $\alpha$ o $\beta$, usted tiene

$$\eqalign{ & \frac{d}{{dx}}\left( {{e^{\alpha x}}\sin \beta x} \right) = \alpha {e^{\alpha x}}\sin \beta x + \beta {e^{\alpha x}}\cos \beta x \cr & \frac{d}{{dx}}\left( {{e^{\alpha x}}\cos \beta x} \right) = \alpha {e^{\alpha x}}\cos \beta x - \beta {e^{\alpha x}}\sin \beta x \cr} $$

para que cualquier integrante de la forma

$$ \int e^{\alpha x}\cdot \sin{\beta x}\cdot dx$$

es una combinación lineal de la función anterior. Vamos, entonces, a encontrar $c_1$ $c_2$ tal que

$$\frac{d}{{dx}}\left( {{c_1}{e^{\alpha x}}\sin \beta x + {c_2}{e^{\alpha x}}\cos \beta x} \right) = {e^{\alpha x}}\sin \beta x$$

$${c_1}\alpha {e^{\alpha x}}\sin \beta x + {c_1}\beta {e^{\alpha x}}\cos \beta x + {c_2}\alpha {e^{\alpha x}}\cos \beta x - {c_2}\beta {e^{\alpha x}}\sin \beta x = {e^{\alpha x}}\sin \beta x$$

Esto significa que necesitamos

$$\eqalign{ & {c_1}\alpha - {c_2}\beta = 1 \cr & {c_1}\beta + {c_2}\alpha = 0 \cr} $$

Este será el rendimiento con poco trabajo

$$\eqalign{ & {c_1} = \frac{\alpha }{{{\alpha ^2} + {\beta ^2}}} \cr & {c_2} = - \frac{\beta }{{{\alpha ^2} + {\beta ^2}}} \cr} $$

lo que significa que, en general:

$$\int {{e^{\alpha x}}} \cdot\sin \beta x\cdot dx = {e^{\alpha x}}\frac{{\alpha \sin \beta x - \beta \cos \beta x}}{{{\alpha ^2} + {\beta ^2}}} + C$$

De forma análoga, se consigue

$$\int {{e^{\alpha x}}} \cdot\cos \beta x\cdot dx = {e^{\alpha x}}\frac{{\alpha \cos \beta x + \beta \sin \beta x}}{{{\alpha ^2} + {\beta ^2}}} + C$$

Espero que esto ayude!

2voto

Michael Hardy Puntos 128804

Me pregunto cuántas veces esta misma pregunta se ha hecho aquí, y cómo muchas veces se le pide en cada semestre en cada segundo semestre curso de cálculo?

Si integramos por partes un segundo tiempo, se obtiene la misma integral con el que comenzó, y el ingenuo reacción es que eso significa que estás llegando a ninguna parte. Pero, en verdad, significa que está casi hecho. Tienes $$ \int \text{algo} = \text{algo} - \text{algo}\cdot \int [\text{misma integral}]. $$ Así que usted agregue lo mismo a ambos lados de la ecuación y obtener $$ \int \text{algo} + \text{algo}\cdot\int [\text{misma integral}] = \text{algo} + C $$ Luego de escribir $$ (1+\text{algo}) \cdot\int\cdots\cdots = \text{algo} + C $$ $$ \int\cdots\cdots = \frac{\text{algo}}{1+\text{algo}} + \text{constante}. $$

1voto

marty cohen Puntos 33863

Me gustaría saltar en el complejo de valores, y observando que $\sin 4x = \Im e^{4 i x}$ (Escribí \Im allí, con ganas de obtener la parte imaginaria, y obtuvo el $\Im$),

$$\int e^{2x} \sen 4x \, dx = \Im \int e^{2x+4ix} \, dx = \Im \int e^{x(2+4i)} \, dx = \Im \frac{e^{x(2+4i)}}{2+4i}. $$

Desde $\frac{1}{2+4i} = \frac{2-4i}{20} = \frac{1-2i}{10}$ y $e^{x(2+4i)} = e^{2x}(\cos 4x + i \sin 4x)$, Puedo obtener, prescindiendo de las $\frac{e^{2x}}{10}$ por un momento,

$\Im (1-2i)(\cos 4x + i \sen 4x) = \Im ((\cos 4x + 2 \sen 4x) + i(-2\cos 4x + \sen 4x)) $ $ = -2\cos 4x + \sen 4x $

así que mi resultado final es $\frac{e^{2x}(-2\cos 4x + \sin 4x)}{10}$.

Como una verificación de la derivada de $e^{2x}(-2\cos 4x + \sin 4x)$ (sin considerar la escala de 1/10 por ahora) es

$$ \begin{align} & 2e^{2x}(-2\cos 4x + \sin 4x) + e^{2x}(8\sin 4x + 4\cos 4x) \\[4pt] = {} & e^{2x}(-4\cos 4x + 2\sin 4x + 8\sin 4x + 4\cos 4x) = e^{2x} (10 \sin 4x). \end{align} $$

0voto

odun john Puntos 11

Para encontrar $\int e^{2x}\sin4x\,dx,$ podemos dejar $u=e^{2x}$$dv=\sin4x\,dx,$, lo que implica $du=2e^{2x}\,dx$ $v=-\frac{1}{4}\cos4x.$ por lo Tanto, $$\begin{align}\int e^{2x}\sin4x\,dx &= uv-\int v\,du\\ &= e^{2x}\left(-\frac{1}{4}\cos4x\right)-\int-\frac{1}{4}\cos4x\left(2e^{2x}\right)\,dx\\ &= -\frac{1}{4}e^{2x}\cos4x+\frac{1}{2}\int e^{2x}\cos4x\,dx.\end{align}$$ Apply another integration for $\int e^{2x}\cos4x\,dx,$ this time letting $u=e^{2x}$ and $dv=\cos4x\,dx,$ so that $du=2e^{2x}\,dx$ and $v=\frac{1}{4}\sin4x.$ Hence, $$\begin{align}\int e^{2x}\cos4x\,dx &= uv-\int v\,du\\ &= e^{2x}\left(\frac{1}{4}\sin4x\right)-\int\frac{1}{4}\sin4x\left(2e^{2x}\right)\,dx\\ &= \frac{1}{4}e^{2x}\sin4x-\frac{1}{2}\int e^{2x}\sin4x\,dx.\end{align}$$

La combinación de ambas fórmulas, obtenemos $$\begin{align}\int e^{2x}\sin4x\,dx &= -\frac{1}{4}e^{2x}\cos4x+\frac{1}{2}\left(\frac{1}{4}e^{2x}\sin4x-\frac{1}{2}\int e^{2x}\sin4x\,dx\right)\\ &= -\frac{1}{4}e^{2x}\cos4x+\frac{1}{8}e^{2x}\sin4x-\frac{1}{4}\int e^{2x}\sin4x\,dx.\end{align}$$ So, $$\frac{5}{4}\int e^{2x}\sin4x\,dx=-\frac{1}{4}e^{2x}\cos4x+\frac{1}{8}e^{2x}\sin4x.$$ Therefore, multiplying by $\frac{4}{5}$ and adding in the constant of integration, we see that $$\int e^{2x}\sin4x\,dx=-\frac{1}{5}e^{2x}\cos4x+\frac{1}{10}e^{2x}\sin4x+C,$$ which we can rewrite as $$\int e^{2x}\sin4x\,dx=\frac{1}{10}e^{2x}\left(-2\cos4x+\sin4x\right)+C.$$

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