Integral von e^(−x): Formel, Rechenweg und Beispiele
Das Integral von e^(−x) ist −e^(−x) + C. Die Substitution, warum die Fläche von 0 bis unendlich genau 1 ist, ein Graph und Beispiele wie x e^(−x).
Integrale von Exponential- und Logarithmusfunktionen Aktualisiert 2 Min. Lesezeit
Auf einen Blick
- Stammfunktion
- -e^{-x} + C
- Von 0 bis ∞
- 1
- Von 0 bis 1
- 1 - \frac{1}{e} \approx 0.632
- Allgemeine Form
- \int e^{-kx}\,dx = -\frac{1}{k}e^{-kx} + C
- Methode
- Substitution u = -x, du = -dx
Auf dieser Seite
Das Integral von e^{-x} ist -e^{-x} + C. Der einzige Unterschied zum Integral von eˣ ist das Minuszeichen, das von der -1 im Exponenten kommt.
Graph von e⁻ˣ und seine Fläche
e^{-x} beschreibt exponentiellen Zerfall: Die Funktion startet bei x = 0 mit 1 und verliert bei jedem Schritt um eine Einheit denselben Anteil ihrer Höhe. Durch dieses gleichmäßige Schrumpfen ergibt der unendlich lange Ausläufer eine endliche Fläche.
e⁻ˣ Schritt für Schritt integrieren
- Setze u = -x. Dann ist du = -dx, also dx = -du.
- Schreibe um: \displaystyle\int e^{-x}\,dx = -\int e^u\,du.
- Integriere: -e^u + C.
- Rücksubstituieren: -e^{-x} + C.
Das ist der Fall k = -1 der Regel \int e^{kx}\,dx = \frac{1}{k}e^{kx} + C von der Seite Integral von e²ˣ. Für Zerfallsraten k > 0 gilt:
Probe durch Ableiten
Die beiden Minuszeichen heben sich auf. Siehe Ableitung von e⁻ˣ.
Bestimmte und uneigentliche Integrale
Von 0 bis 1: \left[-e^{-x}\right]_0^1 = -e^{-1} + 1 = 1 - \frac{1}{e} \approx 0.632.
Von 0 bis ∞: Das ist ein uneigentliches Integral, also bildest du einen Grenzwert:
Eine Zerfallsrate k. \int_0^\infty e^{-kx}\,dx = \frac{1}{k} für k > 0. Multipliziert mit k ergibt sich \int_0^\infty ke^{-kx}\,dx = 1, die Gesamtwahrscheinlichkeit der Exponentialverteilung, mit der man Wartezeiten beschreibt.
Halbwertszeit. \int_0^{\ln 2} e^{-x}\,dx = 1 - \frac{1}{2} = \frac{1}{2}. Die Hälfte der Gesamtfläche liegt vor x = \ln 2 \approx 0.693.
Rechenbeispiele
Beispiel 1: ein skalierter Exponent. \displaystyle\int e^{-x/3}\,dx = -3e^{-x/3} + C.
Beispiel 2: x mal e⁻ˣ. Verwende partielle Integration mit u = x und dv = e^{-x}\,dx, also du = dx und v = -e^{-x}:
Von 0 bis \infty ergibt das 0 - (-1) = 1, weil xe^{-x} \to 0 für x \to \infty.
Beispiel 3: ein Medikament im Blut. Ein Medikament wird mit der Rate 40e^{-0.5t} mg pro Stunde abgebaut. Die in den ersten 4 Stunden abgebaute Menge ist
Beispiel 4: Hyperbelfunktionen. \cosh x = \frac{e^x + e^{-x}}{2}, also
Häufige Fehler
- Das Minuszeichen weglassen. \int e^{-x}\,dx ist nicht e^{-x} + C. Leite dein Ergebnis ab: Es sollte +e^{-x} herauskommen.
- \frac{e^{-x+1}}{-x+1} schreiben. Das ist die Potenzregel, angewandt auf eine Exponentialfunktion, und das ist nie richtig.
- Das uneigentliche Integral für divergent halten. Das Intervall ist unendlich, die Fläche aber 1. Bilde einen Grenzwert und hör nicht bei „unendlich“ auf.
- e^{-x} mit e^{-x^2} verwechseln. Die Glockenkurve e^{-x^2} hat keine elementare Stammfunktion; siehe Integral von e^(x²).
Mehr zu Produkten wie xe^{-x} findest du beim Integral von x eˣ.
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