Bogenlänge x²?

3 Antworten

Vom Beitragsersteller als hilfreich ausgezeichnet

Integral (Wurzel(x²+a²)*dx=..

Lösung durch Substitution

aus der Beziehung cosh²(z)-sinh²(z)=1 ergibt

sinh²(z)=cosh²(z)-1

Substitution x=a*sinh(z) quadrieren und einsetzen

x²=a²*sinh²(z) und x²=a²*(cosh²(z)-1)

x²+a²=a²*cosh²(z)

Integrand Wurzel(x²+a²)=a*cosh(z)

Substitution x=a*sinh(z) abgeleitet dx=a*cosh(z)*dz

diese Formeln angewendet ergeben

Int.(Wurzel(x²+a²)*dx=Int.(a*cosh(z)*a*cosh(z)*dz

a²*Int.(cosh²(z)*dz

=a²/2*Int.(1+cosh(2*x)*dx

=a²/2*(z+sinh(2*x)/2)+C

=a²/2*(z+sinh(z)*cosh(z))+C

sinh(z)=x/a ergibt z=arsinh(x/a)

cosh(z)=1/a*Wurzel(x²+a²)

Substitution wieder rückgängig gemacht.

Integra(Wurzel(x²+a²)*dx=a²/2*(arsinh(x/a)+x/a*1/a*Wurzel(x²+a²))+C

...=a²/2*arsinh(x/a)+x/2*Wurzel(x²+a²)+C

Int.Wurzel(x²+a²)*dx=a²/2*ln (Betrag(x+Wurzel(x²+a²))+x/2*Wurzel(x²+a²)+C

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – hab Maschinenbau an einer Fachhochschule studiert

WissenVerstehen 
Beitragsersteller
 07.05.2019, 13:34

Ich kann folgenden Schritt nicht ganz nachvollziehen:

a²*Int.(cosh²(z)) *dz

=a²/2*Int.(1+cosh(2*x)) *dx

Können Sie mir bitte einmal erklären, was Sie gemacht haben?

0
fjf100  07.05.2019, 14:55
@WissenVerstehen

Integral(Wurzel(x²+a²)*dx=a*Int.(cosh²(z)*dz

siehe Mathe-Formelbuch

cosh²(x)=1/2*(cosh(2*x)+1)

=a²*Int.(1/2*(cosh(2*z)+1)*dz

=a²/2*(z+1/2*sinh(2*z))+C

hier wurde die Integration durch Substitution angewende F(x)=Integral(f(z)*dz*1/z´

siehe Mathe-Formelbuch Integral(cosh(x)*dx=sinh(x)+C

siehe Mathe-Formelbuch die Beziehung

sinh(2*x)=2*sinh(x)*cosh(x)

=a²/2*(z+2/2*sinh(z)*cosh(z))+C

mit x=a*sinh(z) ergibt (z)=arsinh(x/a)

und cosh(z)=1/a*Wurzel(x²+a²) aus Wurzel(x²+a²)=a*cosh(z)

=a²/2*(arsinh(x/a)+x/a*1/a*Wurzel(x²+a²))+C ausmultipliziert

=a²/2*arsinh(x/a)+x/2*Wurzel(x²+a²)+C

mit der Beziehung arsinh(x)=ln(x+1) siehe Mathe-Formelbuch

Integral(Wurzel(x²+a²)*dx=a²/2*ln(Betrag(x+Wurzel(x²+a²)+

x/2*Wurzel(x²+a²)+C

Wie man nun von arsinh(x/a)=ln(Betrag(x+Wurzel(x²+a²) weiß ich auch nicht.

Die Umformungen cosh²(..) und sinh(2*x) mußt du aus dem Mathe-Formelbuch entnehmen.

1
WissenVerstehen 
Beitragsersteller
 07.05.2019, 21:13
@fjf100

So, habe jetzt alles so ähnlich aufgeschrieben und nachvollzogen. Vielen Dank für deine großzügige Hilfe :D

0
fjf100  07.05.2019, 22:06
@WissenVerstehen

mein Mathe-Formelbuch hat alleine 8 Seiten Formeln und Zeichnungen von der Hyperbelfunktionen

y=f(x)=sinh(x)

y=f(x)=cosh(x)

y=f(x)=tanh(x)

Wenn du ein Mathe freak bist,dann kannst du ja dir jdie ganzen 8 Seiten Formeln und Zeichnungen reinziehen.

Auch kannst du dann versuchen,all die Formeln und Beziehungen herzuleiten.

Ich habe da keinen Nerv zu und habe auch nicht die Grundkenntnisse und Tricks,die dafür notwendig sind.

Außerdem wird die Arbeit nicht bezahlt.

Die einzelnen Rechenschritte habe ich natürlich nicht auf Rechenfehler und Tippfehler geprüft.

Die Rechenschritte müßtest du nun selber nachvollziehen können.

Umformungen von trigonometrischen Funktionen und hier die Hyperbelfunktionen, stehen immer im Mathe-Formelbuch.

Da gibt es so viele Formeln,die kann man gar nicht alle auswendig lernen.

Wer lernt denn schon 8 Seiten mit Formeln und Zeichnungen auswendig ?

Antwort:"Keiner !!"

1

Lösungsskizze:

Anm.: W = Wurzel, Int. = Integral

Substitution:

W(1 + 4x²) = u – 2x

1 + 4x² = u² – 4ux + 4x²

x = (u² – 1)/(4u)

dx = (u² + 1)/(4u²) * du

Int. ((u – 2 * (u² – 1)/(4u)) * (u² + 1)/(4u²) * du)

Int. ((u/8 + 1/(4u) + 1/(8u³))* du)

F(u) = u²/16 – 1/(16u²) + (¼) * ln(u) + C

Substition rückgängig machen:

F(x) = (1/16)(2x + W(1 + 4x²))² – 1/(16(2x + W(1 + 4x²))²) + (¼) * ln(2x + W(1 + 4x²)) + C

Kontrolle über Ableitung:

https://www.wolframalpha.com/input/?i=y%3D(1%2F16)(2x%2B(1%2B4x%5E2)%5E0.5)%5E2-1%2F(16(2x%2B(1%2B4x%5E2)%5E0.5)%5E2)%2B(1%2F4)ln(2x%2B(1%2B4x%5E2)%5E0.5

siehe Mathe-Formelbuch,Anwendung Integralrechnung

Bogenlänge (Rektifikation)

S=Integral(Wurzel(1+(y´)²)*dx

y=f(x)=x² y´=f´(x)=2*x also (y´)²=4*x²

S=Integral(Wurzel(1+4*x²)*dx) die 4 ausklammern

S=Integral(Wurzel(4)*Wurzel(1/4+x²)*dx) Konstante vor das Integralzeichen zeihen

S=2*Integral(x²+1/4)*dx

Lösung aus dem Mathe-Formelbuch

Integral(Wurzel(x²+a²)*dx=x/2*Wurzel(x²+a²)+a²/2*arcsinh(x/a)+C oder

....=x/2*Wurzel(x²+a²)+a²/2*ln(x+Wurzel(x²+a²))+C

hier a²=1/4=0,25

Hinweis: Zum lösen des Integral Wurzel(x²+a²2)*dx braucht man Spezialkenntnisse,die ich nicht habe.

Am besten ist es,wenn man sich dafür Spezialliteratur aus einen Buchladen besorgt,wo dies hergeleitet wird.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – hab Maschinenbau an einer Fachhochschule studiert