[wiskunde] integraal sqrt(1-3^2)

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Reageer
Gebruikersavatar
Berichten: 577

[wiskunde] integraal sqrt(1-3^2)

Hallo,

ik kom niet uit de volgende integraal. Hij is nogal groot... bij mij omdat ik zo'n 3x substitutie heb toegepast. Ik kan op dit moment de fout niet vinden.
\(\int{ \sqrt{1-3t^{2}} } dt \)
Hier begin ik de substitutie met:
\(\sqrt{3}t = y\)
,
\(\sqrt{3} = y'\)
,
\(\sqrt{3} dt = dy\)
,
\(dt = \frac{1}{\sqrt{3}} dy\)
.
\(\frac{1}{\sqrt{3}} \int{\sqrt{1-y^{2}} dy\)
Nu begin ik met substitutie van:
\(y = \sin{(z)}\)
,
\(arcsin(y) = z\)
,
\(\frac{1}{\sqrt{1-y^{2}}} = z'\)
,
\(\frac{1}{\sqrt{1-y^{2}}} dy = dz \)
,
\(dy = \sqrt{1-\sin{(z)}^2} dz\)
.
\(\frac{1}{\sqrt{3}} \int{ \sqrt{1-\sin{(z)}^2} \cdot \sqrt{1-\sin{(z)}^2}} dz\)
\(\frac{1}{\sqrt{3}} \int{ 1-\sin{(z)}^2}dz \)
Herschrijf ik het nu:
\(\frac{1}{\sqrt{3}} \int{ \cos{(z)}^{2}} dz\)
Ik herschijf alweer:
\(\frac{1}{\sqrt{3}} \int{ \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \cos{(2z)} dz\)
\(\frac{1}{\sqrt{3}} \int{ \frac{1}{2}} dz + \frac{1}{2}\int{\cos{(2z)}} dz\)
\(\frac{1}{\sqrt{3}} \frac{1}{2}z + \frac{1}{2} \int{\cos{(2z)}} dz\)
Nu substitueer ik:
\( 2z = p\)
,
\(2 = p'\)
,
\(2 dz = dp\)
,
\( dz = \frac{1}{2} dp\)
.
\(\frac{1}{\sqrt{3}} \cdot \frac{1}{2}z + \frac{1}{\sqrt{3}} \frac{1}{4} \int{\cos{(p)}} dp\)
\(\frac{1}{2\sqrt{3}} z + \frac{1}{\sqrt{3}} \frac{1}{4} \sin{(p)} + C\)
Terug invullen:
\(\frac{1}{2\sqrt{3}} z + \frac{1}{\sqrt{3}} \frac{1}{4} \sin{(2z)} + C\)
Gebruikmaken van
\(\sin{(2A)} = 2\sin{(A)}\cos{(A)}\)
\(\frac{1}{2\sqrt{3}} z + \frac{1}{\sqrt{3}} \cdot \frac{1}{4} \cdot 2 \cdot \cos{(z)} \sin{(z)} + C\)
\(\frac{1}{2\sqrt{3}} \cdot arcsin(y) + \frac{1}{\sqrt{3}} \cdot \frac{1}{4} \cdot 2 \cdot \cos{(arcsin(y))} \cdot y + C\)
\(\frac{1}{2\sqrt{3}} \cdot arcsin(\sqrt{3} \cdot t) + \frac{1}{\sqrt{3}} \cdot \frac{1}{4} \cdot 2 \cdot \cos{(arcsin(\sqrt{3} \cdot t ))} \cdot \sqrt{3} \cdot t + C\)
Dit kan nooit goed zijn... ik heb ergens een fout gemaakt, maar ik weet niet waar :D .

PS: als iemand een snellere methode heeft waardoor ik minder stappen hoeft te doen, dan zou ik het graag willen horen =)
To invent something you need to see what everyone sees, do what everybody does and think that nobody has though of.

Gebruikersavatar
Berichten: 7.556

Re: [wiskunde] integraal sqrt(1-3^2)

Het klopt wel degelijk! :D Je hebt er echter wel veel substituties voor nodig, dat is niet nodig. Lees even mee om je in het vervolg hopelijk wat werk en tijd te besparen. Eén substitutie is voldoende.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

De substitutie
\(t=\frac{\sin z}{\sqrt{3}}\)
kun je ook in een keer maken, dat vervangt al jouw eerste 2 substituties.
Verborgen inhoud
Je vraagt je misschien af: hoe zie je dat direct? Nou, als volgt: je ziet
\(\sqrt{1-3t^2}\)
staan, en je wilt daar
\(\sqrt{1-\sin^2z}\)
van maken, zodat het mooi in een
\(\cos^2z\)
overgaat. Dus je stelt
\(3t^2=\sin^2z\)
, en dat is om te schrijven als
\(t=\frac{\sin z}{\sqrt{3}}\)
.


Goed, de integraal gaat dan over in
\(\frac{1}{\sqrt{3}}\int\cos^2z dz\)
, dat had je ook.

Je werkt dat vervolgens goed uit als volgt:
\(\frac{1}{\sqrt{3}} \frac{1}{2}z + \frac{1}{2} \int{\cos{(2z)}} dz\)
Voor deze integraal heb je echt geen substitutie nodig, dat is overkill. Je weet dat
\(\int\cos zdz=\sin z\)
. Nu staat er echter nog een 2 in het argument. De primitieve van cos(2z) is nog net niet sin(2z), want als je sin(2z) afleidt krijg je - met de kettingregel - 2cos(2z). Corrigeren voor de factor 2, zie je dus al snel dat
\(\int\cos zdz=\frac{1}{2}\sin z\)
Het is belangrijk dat je dit soort redeneringen onder de knie hebt; constante factoren zijn vaak makkelijk te 'corrigeren', een substitutie is een beetje veel werk. Maar nog steeds, het is natuurlijk niet fout en je hebt ook nog geen fout gemaakt.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

We komen uiteindelijk op
\(\frac{1}{2\sqrt{3}} \arcsin(\sqrt{3} t) + \frac{1}{\sqrt{3}}\frac{1}{4} 2 \cos{(\arcsin(\sqrt{3} t ))} \sqrt{3} t\)
De sqrt(3)'s vallen tegen elkaar weg en 4/2=2, dus:
\(=\frac{1}{2\sqrt{3}} \arcsin(\sqrt{3} t) +\frac{t}{2} \cos{(\arcsin(\sqrt{3} t ))}\)
Vervolgens heb je nog nodig:
\(\cos(\arcsin(x))=\sqrt{1-x^2}\)
. Waarschijnlijk kende je deze relatie nog niet. Hij is echter erg gemakkelijk af te leiden. Zie daarvoor mijn bericht hier.

Uiteindelijk is je antwoord dus
\(\int\sqrt{1-3t^2}dt=\frac{1}{2\sqrt{3}} \arcsin(\sqrt{3} t) +\frac{t}{2} \sqrt{1-3t^2}+C\)
Dit is het correcte antwoord, zoals je ook kunt controleren door terug te differentiëren.
Never express yourself more clearly than you think.

- Niels Bohr -

Gebruikersavatar
Berichten: 577

Re: [wiskunde] integraal sqrt(1-3^2)

Ah, die ene relatie wist ik nog niet, dat klopt =). Geweldig, dan klopte mijn substitutie toch nog wel :D .

PS: overkill was om er zeker van te zijn :D . Maar inderdaad dat was wel een overkill...

PS: differentiëren duurt best lang volgens mij... (Maple 12 differentiërt het niet eens goed xD; alhoewel, tenzij je het daarna simplfied...)
To invent something you need to see what everyone sees, do what everybody does and think that nobody has though of.

Gebruikersavatar
Berichten: 7.556

Re: [wiskunde] integraal sqrt(1-3^2)

PS: differentiëren duurt best lang volgens mij... (Maple 12 differentiërt het niet eens goed xD; alhoewel, tenzij je het daarna simplfied...)
Gewoon met de hand, is zo gedaan hoor :D
Never express yourself more clearly than you think.

- Niels Bohr -

Reageer