Integral von 1/√(1−x²): Formel, Rechenweg und Beispiele
Das Integral von 1/√(1−x²) ist arcsin x + C. Die Sinus-Substitution, die Variante 1/√(a²−x²), ein Graph, bestimmte Integrale und Rechenbeispiele.
Integrale mit Arkusfunktionen Aktualisiert 2 Min. Lesezeit
Auf einen Blick
- Stammfunktion
- \arcsin x + C
- Allgemeine Form
- \displaystyle\int \frac{dx}{\sqrt{a^2-x^2}} = \arcsin\frac{x}{a} + C
- Gilt für
- -1 < x < 1 (bzw. \lvert x\rvert < a)
- Methode
- Substitution x = \sin\theta
- Von 0 bis 1
- \dfrac{\pi}{2} (ein konvergentes uneigentliches Integral)
Auf dieser Seite
Das Integral von \dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}} ist \arcsin x + C. Es kehrt die Ableitung von arcsin x um und gilt auf dem Intervall -1 < x < 1, wo die Wurzel reell und ungleich null ist.
Für jede Konstante a > 0:
Graph von 1/√(1−x²)
1/√(1−x²) Schritt für Schritt integrieren
Die Wurzel aus 1 - x^2 erinnert an den trigonometrischen Pythagoras 1 - \sin^2\theta = \cos^2\theta, also substituierst du x = \sin\theta.
- Setze x = \sin\theta mit -\frac{\pi}{2} < \theta < \frac{\pi}{2}. Dann ist dx = \cos\theta\,d\theta.
- Vereinfache die Wurzel. Auf diesem Intervall ist \cos\theta > 0, also \sqrt{1 - \sin^2\theta} = \cos\theta.
- Integriere: \int \frac{\cos\theta\,d\theta}{\cos\theta} = \int 1\,d\theta = \theta + C
- Zurück zu x: \theta = \arcsin x.
Für \frac{1}{\sqrt{a^2-x^2}} verwendest du x = a\sin\theta. Dann ist dx = a\cos\theta\,d\theta und \sqrt{a^2 - a^2\sin^2\theta} = a\cos\theta. Die beiden Faktoren a kürzen sich, deshalb steht vor dem Ergebnis kein \frac{1}{a}. Das ist der erste Fall der trigonometrischen Substitution.
Probe durch Ableiten
Dieser Schritt verwendet a\sqrt{1 - \frac{x^2}{a^2}} = \sqrt{a^2 - x^2}, was wegen a > 0 gilt.
Bestimmte Integrale
| Integral | Wert |
|---|---|
| \int_0^{1/2} \frac{dx}{\sqrt{1-x^2}} | \frac{\pi}{6} |
| \int_0^{\sqrt{2}/2} \frac{dx}{\sqrt{1-x^2}} | \frac{\pi}{4} |
| \int_0^{1} \frac{dx}{\sqrt{1-x^2}} | \frac{\pi}{2} |
| \int_{-1}^{1} \frac{dx}{\sqrt{1-x^2}} | \pi |
Die letzten beiden sind uneigentliche Integrale, da der Integrand bei x = \pm 1 unbeschränkt ist. Sie konvergieren trotzdem, weil er dort nur wie \frac{1}{\sqrt{1-x}} wächst.
Rechenbeispiele
Beispiel 1. \displaystyle\int \frac{dx}{\sqrt{9 - x^2}} = \arcsin\frac{x}{3} + C, mit a = 3.
Beispiel 2: ein Koeffizient vor x². \displaystyle\int \frac{dx}{\sqrt{1 - 4x^2}}. Setze u = 2x, du = 2\,dx:
Beispiel 3: quadratische Ergänzung. \displaystyle\int \frac{dx}{\sqrt{4x - x^2}}. Schreibe 4x - x^2 = 4 - (x - 2)^2 und verwende dann a = 2 und u = x - 2:
Beispiel 4: ein bestimmtes Integral. \displaystyle\int_0^{3} \frac{dx}{\sqrt{36 - x^2}} = \arcsin\frac{3}{6} - \arcsin 0 = \frac{\pi}{6}.
Häufige Fehler
- Ein \frac{1}{a} ergänzen. Das gehört zur Arkustangens-Formel \int \frac{dx}{a^2+x^2} = \frac{1}{a}\arctan\frac{x}{a}. Die Arkussinus-Formel hat keins. Vergleiche mit dem Integral von 1/(1+x²).
- Zum Arkussinus greifen, obwohl ein x im Zähler steht. \int \frac{x}{\sqrt{1-x^2}}\,dx ist eine einfache Substitution mit dem Ergebnis -\sqrt{1-x^2} + C.
- \frac{1}{\sqrt{1-x^2}} mit \sqrt{1-x^2} verwechseln. Die Wurzel allein hat eine längere Stammfunktion; siehe Integral von √(1−x²).
- Die Formel außerhalb von \lvert x\rvert < a verwenden. Für \lvert x\rvert > a ist die Wurzel nicht reell. Integrale wie \int \frac{dx}{\sqrt{x^2-1}} ergeben stattdessen \ln\lvert x + \sqrt{x^2-1}\rvert.
Wie man die Arkussinusfunktion selbst integriert, zeigt das Integral von arcsin x. Die Seite zum Arkussinus behandelt Definitionsbereich und Graph.
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