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Integrationsregeln

Potenzregel für Integrale: Formel, Beispiele und n = −1

Die umgekehrte Potenzregel: Das Integral von x^n ist x^(n+1)/(n+1) + C für n ≠ −1. Formel, Beispiele mit Wurzeln und negativen Exponenten, Sonderfall ln|x|.

Integrationsregeln Aktualisiert 3 Min. Lesezeit

Auf einen Blick

\int x^n\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C, \quad n \ne -1
Gilt für
Jede Potenz von x mit konstantem Exponenten n \ne -1
In Worten
Den Exponenten um eins erhöhen, dann durch den neuen Exponenten teilen
Ausnahme
\int x^{-1}\,dx = \ln\lvert x\rvert + C
Probe
Leite das Ergebnis mit der Potenzregel ab; du solltest x^n zurückerhalten
Verwandte Regeln
Potenzregel, Linearität des Integrals, Substitutionsregel
Auf dieser Seite
  1. Die Formel der umgekehrten Potenzregel
  2. Beispiele
  3. Die Ausnahme n = −1
  4. Wann man die umgekehrte Potenzregel verwendet
  5. Häufige Fehler

Mit der umgekehrten Potenzregel findest du die Stammfunktion jeder Potenz von x. Sie ist die Potenzregel rückwärts angewendet: Statt den Exponenten zu verringern und zu multiplizieren, erhöhst du den Exponenten und teilst.

Die Formel der umgekehrten Potenzregel

Für jeden konstanten Exponenten n \ne -1 gilt:

\int x^n\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C

Zwei Schritte: Den Exponenten um eins erhöhen, dann durch den neuen Exponenten teilen. Das +C steht da, weil jede Funktion unendlich viele Stammfunktionen hat, die sich um eine Konstante unterscheiden.

Das Ergebnis kannst du immer durch Ableiten überprüfen:

\frac{d}{dx}\left(\frac{x^{n+1}}{n+1}\right) = \frac{(n+1)x^{n}}{n+1} = x^n
Graph von y = x² und seinen Stammfunktionen y = x³/3 + C
Jede gestrichelte Kurve ist \frac{x^3}{3} + C für ein anderes C. Sie sind senkrecht gegeneinander verschoben und haben an jeder Stelle x die Steigung x^2.

Beispiele

Integrand Umgeschrieben Stammfunktion
x^4 x^4 \frac{x^5}{5} + C
x x^1 \frac{x^2}{2} + C
5 5x^0 5x + C
\sqrt{x} x^{1/2} \frac{2}{3}x^{3/2} + C
\frac{1}{x^3} x^{-3} -\frac{1}{2x^2} + C
\frac{1}{\sqrt{x}} x^{-1/2} 2\sqrt{x} + C
\frac{1}{x} x^{-1} \ln\lvert x\rvert + C (Ausnahme)

Beispiel: ein Polynom. Kombiniere die Regel mit der Linearität und integriere Glied für Glied:

\int \left(6x^2 - 4x + 3\right)dx = 2x^3 - 2x^2 + 3x + C

Beispiel: ein negativer Exponent. Schreibe \frac{4}{x^5} als 4x^{-5}:

\int 4x^{-5}\,dx = 4 \cdot \frac{x^{-4}}{-4} + C = -\frac{1}{x^4} + C

Der Exponent geht von -5 auf -4. Addiert man eins zu einer negativen Zahl, wird sie weniger negativ.

Beispiel: ein gebrochener Exponent. Bei \int \sqrt[3]{x}\,dx schreibst du x^{1/3}. Der neue Exponent ist \frac{4}{3}, und durch \frac{4}{3} zu teilen heißt, mit \frac{3}{4} zu multiplizieren:

\int x^{1/3}\,dx = \frac{3}{4}x^{4/3} + C

Die Ausnahme n = −1

Für n = -1 verlangt die Formel eine Division durch null, sie versagt also. Die Stammfunktion von x^{-1} ist der natürliche Logarithmus:

\int \frac{1}{x}\,dx = \ln\lvert x\rvert + C

Durch den Betrag gilt das Ergebnis auch für negative x. Deshalb hat \frac{1}{x} in jeder Integraltabelle eine eigene Zeile.

Wann man die umgekehrte Potenzregel verwendet

Verwende sie, wenn der Integrand eine Summe von Termen der Form kx^n ist, eventuell nach dem Umschreiben:

  • Polynome, Glied für Glied;
  • Wurzeln, nach dem Umschreiben in gebrochene Exponenten;
  • Terme mit x im Nenner, nach dem Umschreiben in negative Exponenten;
  • Produkte oder Quotienten, die du zuerst ausmultiplizieren oder aufteilen kannst, etwa \frac{x^3 + 1}{x} = x^2 + x^{-1}.

Ist die Basis etwas anderes als einfach x, etwa (3x-2)^5, brauchst du die Substitutionsregel. Steht die Variable im Exponenten, wie bei 2^x, brauchst du die Exponentialregel \int a^x\,dx = \frac{a^x}{\ln a} + C.

Häufige Fehler

  1. Durch den alten Exponenten teilen. \int x^3\,dx = \frac{x^4}{4} + C, nicht \frac{x^4}{3} + C.
  2. Die Regel auf Produkte anwenden. \int x(x+1)\,dx ist nicht \frac{x^2}{2}\cdot\left(\frac{x^2}{2}+x\right). Multipliziere zuerst zu x^2 + x aus.
  3. Die Regel auf \frac{1}{x} anwenden. \int x^{-1}\,dx ist \ln\lvert x\rvert + C, nicht \frac{x^0}{0}.
  4. Das +C vergessen. Ein unbestimmtes Integral ist eine ganze Schar von Funktionen.
  5. Die Potenz eines Binoms wie eine Potenz von x behandeln. \int (2x+1)^3\,dx \ne \frac{(2x+1)^4}{4} + C. Leitet man dieses Ergebnis ab, erhält man einen zusätzlichen Faktor 2.

Den Gesamtüberblick über Stammfunktionen, einschließlich der Regeln für Winkel- und Exponentialfunktionen, gibt der ausführliche Leitfaden zu Stammfunktionen.

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Die umgekehrte Potenzregel

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Häufig gestellte Fragen

Was ist die umgekehrte Potenzregel?

Sie ist die Integrationsversion der Potenzregel: \int x^n\,dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} + C für n \ne -1. Du erhöhst den Exponenten um eins und teilst durch den neuen Exponenten.

Warum funktioniert die umgekehrte Potenzregel nicht für 1/x?

Für n = -1 müsste die Formel durch n + 1 = 0 teilen. Die Stammfunktion von \frac{1}{x} ist stattdessen \ln\lvert x\rvert + C.

Wie integriert man eine Wurzel mit der Potenzregel?

Schreibe \sqrt{x} als x^{1/2}. Dann ist \int x^{1/2}\,dx = \frac{x^{3/2}}{3/2} + C = \frac{2}{3}x^{3/2} + C.

Was ist das Integral einer Konstanten?

Eine Konstante k ist kx^0, also liefert die Regel \int k\,dx = kx + C.

Darf ich die umgekehrte Potenzregel auf (2x + 1)^3 anwenden?

Nicht direkt, denn die Basis ist nicht einfach x. Verwende die Substitutionsregel mit u = 2x + 1, das ergibt \frac{(2x+1)^4}{8} + C, oder multipliziere die dritte Potenz zuerst aus.

Geschrieben vom PracticeCalculus-Team

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