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Produkte und partielle Integration

Integral von x ln x: Formel, Rechenweg und Beispiele

Das Integral von x ln x ist (x²/2) ln x − x²/4 + C. Die partielle Integration mit u = ln x, die Probe, ein Graph und die Formel für xⁿ ln x.

Produkte und partielle Integration Aktualisiert 3 Min. Lesezeit

Auf einen Blick

\int x\ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C
Stammfunktion
\frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C
Methode
Partielle Integration mit u = \ln x, dv = x\,dx
Von 1 bis e
\frac{e^2 + 1}{4} \approx 2.097
Von 0 bis 1
-\frac{1}{4}
Allgemeine Potenz
\int x^n\ln x\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1}\ln x - \frac{x^{n+1}}{(n+1)^2} + C, n \ne -1
Auf dieser Seite
  1. Graph von x ln x mit der Fläche von 1 bis e
  2. x ln x Schritt für Schritt integrieren
  3. Probe durch Ableiten
  4. Bestimmte Integrale
  5. Die allgemeine Potenz xⁿ ln x
  6. Rechenbeispiele
  7. Häufige Fehler

Das Integral von x\ln x ist \dfrac{x^2}{2}\ln x - \dfrac{x^2}{4} + C. Es ist ein Produkt aus einer Potenz und einem Logarithmus, also ist partielle Integration das Werkzeug, mit dem Logarithmus als u.

\int x\ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C

Graph von x ln x mit der Fläche von 1 bis e

y = x ln x mit schraffierter Fläche von 1 bis e
Die schraffierte Fläche ist \frac{e^2 + 1}{4} \approx 2.097. Zwischen 0 und 1 taucht die Kurve unter die Achse, und dieses kleine Stück hat die orientierte Fläche -\frac{1}{4}.

x ln x Schritt für Schritt integrieren

Verwende partielle Integration: \int u\,dv = uv - \int v\,du.

  1. Die Teile wählen. u = \ln x und dv = x\,dx. Logarithmen stehen in LIATE ganz vorne.
  2. du und v bestimmen. du = \frac{1}{x}\,dx und v = \frac{x^2}{2}.
  3. Die Formel anwenden. \int x\ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \int\frac{x^2}{2}\cdot\frac{1}{x}\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{1}{2}\int x\,dx
  4. Abschließen. \frac{1}{2}\int x\,dx = \frac{x^2}{4}, also \int x\ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C

Der entscheidende Moment ist Schritt 3: Das \frac{1}{x} aus du kürzt eine Potenz von x aus v, und übrig bleibt eine einfache Potenz. Mit einem Logarithmus als u passiert das immer.

Probe durch Ableiten

\frac{d}{dx}\left(\frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4}\right) = x\ln x + \frac{x^2}{2}\cdot\frac{1}{x} - \frac{x}{2} = x\ln x + \frac{x}{2} - \frac{x}{2} = x\ln x

Die Rechnung in der anderen Richtung steht auf der Seite zur Ableitung von x ln x.

Bestimmte Integrale

Von 1 bis e:

\left[\frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4}\right]_1^e = \left(\frac{e^2}{2} - \frac{e^2}{4}\right) - \left(0 - \frac{1}{4}\right) = \frac{e^2}{4} + \frac{1}{4} = \frac{e^2+1}{4}

Das sind etwa 2.097.

Von 0 bis 1: Dieses Integral ist bei 0 uneigentlich, weil \ln x dort nicht definiert ist, aber es gilt x^2\ln x \to 0 für x \to 0^+:

\int_0^1 x\ln x\,dx = \left(0 - \frac{1}{4}\right) - 0 = -\frac{1}{4}

Die allgemeine Potenz xⁿ ln x

Dieselben Schritte mit dv = x^n\,dx und v = \frac{x^{n+1}}{n+1} liefern

\int x^n\ln x\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1}\ln x - \frac{x^{n+1}}{(n+1)^2} + C, \qquad n \ne -1
Integral Ergebnis
\int\ln x\,dx (n = 0) x\ln x - x + C
\int x^2\ln x\,dx \frac{x^3}{3}\ln x - \frac{x^3}{9} + C
\int\sqrt{x}\ln x\,dx \frac{2}{3}x^{3/2}\ln x - \frac{4}{9}x^{3/2} + C
\int\frac{\ln x}{x^2}\,dx (n = -2) -\frac{\ln x}{x} - \frac{1}{x} + C

Rechenbeispiele

Beispiel 1: eine dritte Potenz. \int x^3\ln x\,dx = \frac{x^4}{4}\ln x - \frac{x^4}{16} + C, aus der allgemeinen Formel mit n = 3.

Beispiel 2: der Logarithmus einer Potenz. \int x\ln(x^2)\,dx. Verwende \ln(x^2) = 2\ln x für x > 0:

2\int x\ln x\,dx = x^2\ln x - \frac{x^2}{2} + C

Beispiel 3: der Fall n = −1. Bei \int\frac{\ln x}{x}\,dx versagt die Formel (man müsste durch null teilen). Verwende stattdessen u = \ln x, du = \frac{dx}{x}: \int u\,du = \frac{(\ln x)^2}{2} + C.

Beispiel 4: ein quadrierter Logarithmus. \int x(\ln x)^2\,dx. Partielle Integration mit u = (\ln x)^2, dv = x\,dx ergibt \frac{x^2}{2}(\ln x)^2 - \int x\ln x\,dx, und das kennst du jetzt:

\frac{x^2}{2}(\ln x)^2 - \frac{x^2}{2}\ln x + \frac{x^2}{4} + C

Häufige Fehler

  1. u = x wählen. Dann braucht v das Integral \int\ln x\,dx, und das Restintegral ist schwieriger als das ursprüngliche.
  2. Vergessen, \frac{x^2}{2}\cdot\frac{1}{x} zu vereinfachen. Das ist \frac{x}{2}, und integriert ergibt das \frac{x^2}{4}, nicht \frac{x^2}{2}.
  3. Die Faktoren einzeln integrieren. \frac{x^2}{2}(x\ln x - x) ist nicht das Ergebnis.
  4. Die allgemeine Formel mit n = -1 verwenden. Siehe Beispiel 3.

Verwandte Seiten: das Integral von ln x, das Integral von x eˣ und der Leitfaden zur partiellen Integration.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist das Integral von x ln x?

Es ist \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C, was man auch als \frac{x^2}{4}(2\ln x - 1) + C schreiben kann.

Was ist das Integral von x² ln x?

Es ist \frac{x^3}{3}\ln x - \frac{x^3}{9} + C. Integriere partiell mit u = \ln x und dv = x^2\,dx.

Was ist das Integral von x ln x von 0 bis 1?

Es ist -\frac{1}{4}. An der unteren Grenze gilt \frac{x^2}{2}\ln x \to 0 für x \to 0^+, also bleibt nur -\frac{1}{4} von der oberen Grenze.

Warum u = ln x und nicht u = x?

Mit u = x bräuchtest du v = \int\ln x\,dx = x\ln x - x, und das Restintegral würde unübersichtlicher. Mit u = \ln x kürzt du = \frac{1}{x}dx eine Potenz von x weg, und übrig bleibt eine einfache Potenz.

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