أتدرب وأحل المسائل

التكامل بالتعويض

أجد كلاً من التكاملات الآتية:

∫xx2+4dx (1)

∫xx2+4dxu=x2+4⇒dudx=2x⇒dx=du2x∫xx2+4dx=∫xu×du2x=∫12udu=∫12u−12du=u12+C=x2+4+C

∫x2(2x3+5)4dx (2)

∫x2(2x3+5)4dxu=2x3+5⇒dudx=6x2⇒dx=du6x2∫x2(2x3+5)4dx=∫x2u4×du6x2=∫16u4du=130u5+C=130(2x3+5)5+C

∫3xx2+7dx (3)

∫3xx2+7dxu=x2+7⇒dudx=2x⇒dx=du2x∫3xx2+7dx=∫3xu×du2x=∫32u12du=u32+C=(x2+7)3+C

∫x6e1−x7dx (4)

∫x6e1−x7dxu=1−x7⇒dudx=−7x6⇒dx=du−7x6∫x6e1−x7dx=∫x6eu×du−7x6=∫−17eudu=−17eu+C=−17e1−x7+C

∫x4(x5+9)3dx (5)

∫x4(x5+9)3dxu=x5+9⇒dudx=5x4⇒dx=du5x4∫x4(x5+9)3dx=∫x4u3×du5x4=∫15u−3du=−110u−2+C=−110(x5+9)2+C

∫(3x2−1)ex3−xdx (6)

∫(3x2−1)ex3−xdxu=x3−x⇒dudx=3x2−1⇒dx=du3x2−1∫(3x2−1)ex3−xdx=∫(3x2−1)eudu3x2−1=∫eudu=eu+C=ex3−x+C

∫3x−3x2−2x+4dx (7)

bbb∫3x−3x2−2x+4dxu=x2−2x+4⇒dudx=2x−2⇒dx=du2x−2∫3x−3x2−2x+4dx=∫3x−3u×du2x−2=∫3(x−1)u×du2(x−1)=∫32u−12du=3u12+C=3x2−2x+4+C

∫1xln⁡xdx (8)

∫1xln⁡xdxu=ln⁡x⇒dudx=1x⇒dx=xdu∫1xln⁡xdx=∫1xu×xdu=∫1udu=ln⁡|u|+C=ln⁡|ln⁡x|+C

∫sin⁡x(1+cos⁡x)4dx (9)

∫sin⁡x(1+cos⁡x)4dxu=1+cos⁡x⇒dudx=−sin⁡x⇒dx=du−sin⁡x∫sin⁡x(1+cos⁡x)4dx=∫sin⁡xu4×du−sin⁡x=∫−u4du=−15u5+C=−15(1+cos⁡x)5+C

∫sin5⁡2xcos⁡2xdx (10)

bbb∫sin5⁡2xcos⁡2xdxu=sin⁡2x⇒dudx=2cos⁡2x⇒dx=du2cos⁡2x∫sin5⁡2xcos⁡2xdx=∫u5cos⁡2x×du2cos⁡2x=∫12u5du=112u6+C=112(sin⁡2x)6+C

∫sin⁡(1x)x2dx (11)

∫sin⁡(1x)x2dxu=1x⇒dudx=−1x2⇒dx=−x2du∫sin⁡(1x)x2dx=∫sin⁡(u)x2×−x2du=∫−sin⁡udu=cos⁡u+C=cos⁡(1x)+C

∫cos⁡xesin⁡xdx (12)

∫cos⁡xesin⁡xdxu=sin⁡x⇒dudx=cos⁡x⇒dx=ducos⁡x∫cos⁡xesin⁡xdx=∫cos⁡xeu×ducos⁡x=∫1eudu=∫e−udu=−e−u+C=−e−sin⁡x+C=−1esin⁡x+C

∫ex(2+ex)5dx (13)

∫ex(2+ex)5dxu=2+ex⇒dudx=ex⇒dx=duex∫ex(2+ex)5dx=∫exu5×duex=∫u5du=16u6+C=16(2+ex)6+C

∫cos⁡(ln⁡x)xdx (14)

∫cos⁡(ln⁡x)xdxu=ln⁡x⇒dudx=1x⇒dx=xdu∫cos⁡(ln⁡x)xdx=∫cos⁡(u)x×xdu=∫cos⁡udu=sin⁡u+C=sin⁡(ln⁡x)+C

∫(3x2−2x−1)(x3−x2−x)4dx (15)

∫(3x2−2x−1)(x3−x2−x)4dxu=x3−x2−x⇒dudx=3x2−2x−1⇒dx=du3x2−2x−1∫(3x2−2x−1)(x3−x2−x)4dx=∫(3x2−2x−1)u4×du3x2−2x−1=∫u4du=15u5+C=15(x3−x2−x)5+C

أجد قيمة كل من التكاملات الآتية:

∫02(2x−1)ex2−xdx (16)

∫02(2x−1)ex2−xdxu=x2−x⇒dudx=2x−1⇒dx=du2x−1x=2⟹u=(2)2−2=2x=0⇒u=(0)2−0=0∫02(2x−1)ex2−xdx=∫02(2x−1)eudu2x−1=∫02eudu=eu|02=e2−e0=e2−1

∫12e1/xx2dx (17)

∫12e1xx2dxu=1x⇒dudx=−1x2⇒dx=−x2dux=2⇒u=12x2=1x1xdx=∫112eux2×−x2du=∫112−eudu=−eu|112=−e12+e=−e+e

∫ee3ln⁡xxdx (18)

∫ee3ln⁡xxdxu=ln⁡x⇒dudx=1x⇒dx=xdux=e3⇒u=ln⁡e3=3x=e⇒u=ln⁡e=1∫ee3ln⁡xxdx=∫13uxxdu=∫13u12du=23u32|13=23u3|13=2333−2313=23−23

∫01(x3+x)x4+2x2+1dx (19)

∫01(x3+x)x4+2x2+1dxu=x4+2x2+1⇒dudx=4x3+4x⇒dx=du4x3+4xx=1⇒u=(1)4+2(1)2+1=4x=0⇒u=(0)4+2(0)2+1=1∫01(x3+x)x4+2x2+1dx=∫14(x3+x)u×du4x3+4x=∫14(x3+x)u×du4(x3+x)=∫1414u12du=16u32|14=16u3|14=1643−1613=76

∫03xx2+1dx (20)

∫03xx2+1dxu=x2+1⇒dudx=2x⇒dx=du2xx=3⇒u=10x=0⇒u=1∫03xx2+1dx=∫110xu×du2x=∫11012u−12du=u12|110=u|110=10−1

∫122x+1(x2+x+4)3dx (21)

∫122x+1(x2+x+4)3dxu=x2+x+4⇒dudx=2x+1⇒dx=du2x+1x=2⇒u=(2)2+2+4=10x=1⇒u=(1)2+1+4=6∫122x+1(x2+x+4)3dx=∫6102x+1u3×du2x+1=∫610u−3du=−12u−2|610=−12u2|610

أجد مساحة المنطقة المظللة في كل من التمثيلين البيانيين الآتيين:

التمثيل البياني للسؤال 23

A=−∫−106x(x2+1)dx+∫016x(x2+1)dx

هناك طريقتان للحل: إما التكامل بالتعويض، أو تكامل كثير حدود بعد توزيع الأقواس.

طريقة التكامل بالتعويض:

u=x2+1⇒dudx=2x⇒⇒dx=du2xx=0⇒u=(0)2+1=1x=−1⇒u=(−1)2+1=2x=1⇒u=(1)2+1=2A=−∫−106x(x2+1)dx+∫016x(x2+1)dx=−∫216xu×du2x+∫126xu×du2x=−∫213udu+∫123udu=−32u2|21+32u2|12=−32(1)2+32(2)2+32(2)2−32(1)2=9

ومنه مساحة المنطقة المظللة هي 9 وحدات مربعة.

التمثيل البياني للسؤال 24

A=−∫−40x16−x2dx+∫04x16−x2dxu=16−x2⇒dudx=−2x⇒dx=du−2xx=0⇒u=16−(0)2=16x=−4⇒u=16−(−4)2=0x=4⇒u=16−(4)2=0A=−∫−40x16−x2dx+∫04x16−x2dx=−∫016xu×du−2x+∫160xu×du−2x=∫01612u12du+∫160−12u12du=13u32|016+−13u32|160=13u3|016+−13u3|160=13(16)3−13(0)3−13(0)3+13(16)3=1283

ومنه مساحة المنطقة المظللة هي 1283 وحدات مربعة.

في كل مما يأتي المشتقة الأولى للاقتران f(x)، ونقطة يمر بها منحنى y=f(x) أستعمل المعلومات المعطاة لإيجاد قاعدة الاقتران f(x):

f′(x)=xe4−x2;(−2,1) (24)

f(x)=∫xe4−x2dxu=4−x2⇒dudx=−2x⇒dx=du−2xf(x)=∫xe4−x2dx=∫xeudu−2x=∫−12eudu=−12eu+C=−12e4−x2+C

لإيجاد ثابت التكامل، نعوض النقطة -2,1:

f(x)=−12e4−x2+C⇒f(−2)=−12e4−(−2)2+C⇒1=−12+C⇒C=32f(x)=−12e4−x2+32

f′(x)=2x(1−x2)2;(0,−1) (25)

f(x)=∫2x(1−x2)2dxu=1⇒dudx=−2x⇒dx=du−2xf(x)=∫2x(1−x2)2dx=∫2xu2×du−2x=∫−u−2du=u−1+C=11−x2+C

لإيجاد ثابت التكامل، نعوض النقطة 0,-1:

f(x)=11−x2+C⇒f(0)=11−02+C⇒−1=1+C⇒C=−2f(x)=11−x2−2

(26) يتحرك جسيم في مسار مستقيم، وتعطى سرعته المتجهة بالاقتران: ι(t)=−2t(1+t2)3، حيث t الزمن بالثواني، وv سرعته المتجهة بالمتر لكل ثانية. إذا كان الموقع الابتدائي للجسيم 4 m، فأجد موقع الجسيم بعد t ثانية من بدء الحركة.

s(t)=∫−2t(1+t2)3dtu=1+t2⇒dudt=2t⇒dt=du2t∫−2t(1+t2)3dt=∫−2tu3×du2t=∫−u−32du=2u−12+C=2(1+t2)−12+C=21+t2+C

بما أن الموقع الابتدائي للجسيم 4 m، إذن، s(0)=4:

s(t)=21+t2+C⇒f(0)=21+02+C⇒4=2+C⇒C=2s(t)=21+t2+2

أرض زراعية(27) زراعة: يمثل الاقتران V(t) سعر دونم أرض زراعية في الأغوار الأردنية (بالدينار) بعد t سنة من الآن. إذا كان: V′(t)=0.4t30.2t4+80003 هو معدل التغير في سعر دونم الأرض، فأجد V(t)، علماً بأن سعره الآن JD 5000.

V(t)=∫0.4t30.2t4+80003dtu=0.2t4+8000⇒dudt=0.8t3⇒dt=du0.8t3V(t)=∫0.4t30.2t4+80003dx=∫0.4t3u3×du0.8t3=∫12u−13du=13u23+C=13u23+C=13(0.2t4+8000)23+C

بما أن سعر دونم الأرض الآن هو 5000 دينار، إذن، V(0)=5000 ومنه:

V(t)=13(0.2t4+8000)23+CV(0)=13(0.2(0)4+8000)23+C5000=13(8000)23+C5000=4003+CC=146003V(t)=13(0.2t4+8000)23+146003

(28) سكان: أشارت دراسة إلى أن عدد السكان في إحدى المدن يتغير سنوياً بمعدل يمكن نمذجته بالاقتران: P′(t)=4e0.2t4+e0.2t، حيث t عدد السنوات منذ عام 2015 م، وP(t) عدد السكان بالآلاف. أجد مقدار الزيادة في عدد السكان عام 2015 م إلى عام 2025 م.

⇒dt=du0.2e0.2tt=10⇒u=4+e0.2(10)=4+e2t=0⇒u=4+e0.2(0)=5∫0104e0.2t4+e0.2tdt=∫54+e24e0.2tu×du0.2e0.2t=∫54+e220u−12du=40u12|54+e2=40u|54+e2=404+e2−405≈46

إذن يزداد عدد سكان هذه المدينة بحوالي 46 ألف شخص من 2015 م إلى 2025 م.