İntegralde Değişken Değiştirme Yöntemi
AYT10 dakikalık okuma görüntülenme
Değişken değiştirme, karmaşık görünen bir integrali yeni bir değişken tanımlayarak tablodaki basit bir integrale dönüştürme yöntemidir. Zincir kuralının tersidir ve integrali alınan fonksiyonda bir iç fonksiyon ile onun türevi birlikte bulunduğunda kullanılır. Bu yazıda yöntemin zincir kuralıyla ilişkisini, adımlarını, doğru yeni değişkeni seçmeyi, katsayı ayarlamayı, kök, kesir, üstel, logaritmik ve trigonometrik integrallerde kullanımı, doğrusal iç fonksiyonları, belirli integralde sınırların dönüştürülmesini, eski değişkeni yeni değişkenle ifade etmeyi ve yöntemin sınırlarını çözümlü örneklerle ele alıyoruz.
Değişken değiştirme nedir?
Bu yazıyı daha rahat anlamak için zincir kuralını ve temel integral kurallarını biliyor olman yeterli.
Temel bilgiler için Bileşke Fonksiyonun Türevi: Zincir Kuralı ve Belirsiz İntegral Konu Anlatımı yazılarına göz at.
gibi bir integrali açarak hesaplamak mümkündür ama uzundur; kuvvet büyüdükçe neredeyse imkânsız hâle gelir. Değişken değiştirme yönteminde içteki ifadeye yeni bir ad verilir ve integral, tablodaki basit bir integrale dönüşür.
Kapaktaki öğrenciler kıvrımlı mavi şeritleri ahşap bir çerçeveden geçiriyor; çerçevenin öbür yanından şeritler düz olarak çıkıyor. Değişken değiştirme de böyle bir dönüşümdür: karmaşık görünen integral, yeni değişkenin çerçevesinden geçince düz ve tanıdık bir biçim alır.
Zincir kuralının tersi
Zincir kuralına göre in türevi tir. yazılırsa bu eşitlik tersten okunarak bir integral kuralı verir:
Yani integrali alınan ifadede bir iç fonksiyon ve onun türevi çarpan olarak birlikte bulunuyorsa, integral dış fonksiyonun ters türevinin iç fonksiyonda hesaplanmasıyla bulunur. Değişken değiştirme, bu kuralı sistemli uygulamanın yoludur.
İç fonksiyon ile türevi birlikte görünüyorsa değişken değiştir.
Yöntem, zincir kuralını tersten okumaktır.
dx ve du nin anlamı
İntegraldeki , değişkendeki çok küçük bir değişimi temsil eder. seçildiğinde çok az değişirse yaklaşık katı kadar değişir; bu yüzden yazılır. Bu eşitlik, integraldeki çarpımının tamamen ile değiştirilebileceğini söyler.
Bu bakış, yöntemin neden türevi integralde bulunan ifadelerde işlediğini açıklar: türev çarpanı ile birlikte ya dönüşür ve integralde yalnızca kalır. Türev çarpanı yoksa tek başına ya çevrilemez.
Yöntemin adımları
Değişken değiştirme, hangi integral olursa olsun aynı beş adımda yapılır. Adımların her biri kısa bir işlemdir ve sırası her integralde aynıdır:
| Adım | İşlem |
|---|---|
| 1 | İç fonksiyonu olarak seç |
| 2 | Türevini al: |
| 3 | İntegrali tamamen ve ile yaz |
| 4 | Yeni integrali hesapla |
| 5 | yerine eski ifadeyi yaz |
Üçüncü adımda integralde kalmamalıdır. Hâlâ kalıyorsa ya yanlış seçilmiştir ya da in cinsinden yazılması gerekir.
İlk örnek
Yöntemin adımları, açarak da hesaplanabilen bir integralle izlenirse neyin neden yapıldığı daha iyi görülür. Burada içteki ifade , onun türevi olan ise integralde çarpan olarak zaten bulunuyor.
integrali verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
seçilirse olur ve integral ye dönüşür.
yerine yazılınca sonuç olur.
Sonucun türevi zincir kuralıyla verir; integral doğrudur.
Doğru u yu seçmek
Değişken değiştirmenin en önemli ve en çok deneyim isteyen adımı nun seçimidir. Genel kural şudur: türevi integralde çarpan olarak bulunan iç ifade seçilir. Bu ifade çoğu zaman bir parantezin, bir kökün, bir paydanın ya da bir üssün içindedir.
| İntegralde görülen | Seçilecek |
|---|---|
| ve | |
| ve | |
| ve | |
| ve | |
| ve |
Seçim yanlışsa üçüncü adımda ler temizlenmez ve integral daha karmaşık hâle gelir. Bu durumda başka bir denenir; yöntem deneme gerektirir ama doğru seçim genellikle ilk bakışta görülür.
Katsayıyı ayarlamak
İç fonksiyonun türevi integralde tam olarak değil, bir sabit katsayı farkıyla bulunuyorsa integral yine değişken değiştirmeyle alınır. Eksik ya da fazla sabit, integralin dışında düzeltilir.
integrali verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
için , yani olur; integral olur.
Sonuç dir.
Eksik olan bir değişkeni dışarıdan eklemeye çalışmak.
Sabit bir katsayı integralin dışına alınıp düzeltilebilir, ama eksik bir çarpanı düzeltilemez. integralinde çarpanı olmadığı için bu değişken değiştirme işe yaramaz; bu integral açılarak hesaplanır.
Kök içeren integraller
Kök içindeki ifade seçilir; kök, nun kesirli kuvvetine dönüşür ve kuvvet kuralıyla integrali alınır. Sonuç yeniden kök biçiminde yazılabilir.
integrali verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
için olur; integral olur.
Sonuç dir.
Paydada karekök
Kesrin paydasında bir karekök, payında da kökün iç ifadesinin türevi varsa kök içi seçilir. Kesir böylece biçiminde bir kuvvete dönüşür ve kuvvet kuralıyla integrali alınır.
integrali verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
için integral olur.
Sonuç dir.
Paydada kuvvet
Kesrin paydasında bir ifadenin kuvveti, payında da o ifadenin türevi varsa, ifade seçilir ve kesir negatif üslü bir kuvvete dönüşür.
integrali verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
için integral olur.
Sonuç dir.
Pay paydanın türevi
Payı paydanın türevine eşit olan kesirler değişken değiştirmenin özel ve çok sık görülen bir durumudur. Payda seçilince integral olur ve sonuç doğal logaritmadır.
integrali verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
için olur ve integral ye dönüşür.
Sonuç dir.
Bu kalıp genel olarak biçiminde yazılır ve logaritmik türevin tersidir.
Üstel integraller
Üssünde bir ifade bulunan üstel fonksiyonlarda üsteki ifade seçilir; üstel fonksiyon türevde de integralde de biçimini koruduğu için bu seçim hesabı çok kısaltır. Üssün türevi integralde çarpan olarak bulunuyorsa integral ye dönüşür.
ve integralleri verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
Birincide ve olur; sonuç dir.
İkincide ve olur; sonuç dir.
Üstel kesir
Paydasında üstel bir ifade bulunan bazı kesirlerde pay, paydanın türevine eşittir. Bu durumda payda seçilir ve sonuç logaritma olur.
integrali verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
için olur ve integral ya dönüşür.
Sonuç dir; her zaman pozitif olduğu için mutlak değere gerek yoktur.
Logaritmik integraller
İntegralde ile birlikte çarpanı görülüyorsa seçilir; çünkü tir. Bu seçim logaritmayı basit bir değişkene çevirir.
ve integralleri verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
Birincide ile olur; sonuç dir.
İkincide aynı seçimle olur; sonuç dir.
Trigonometrik integraller
Sinüs ve kosinüs, işaret dışında birbirinin türevi olduğu için trigonometrik çarpımlarda değişken değiştirme çok sık kullanılır. Kuvveti olan fonksiyon seçilir, diğeri türev olarak yu oluşturur.
ve integralleri verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
için olur; birincisi olur.
Aynı seçimle ikincisi olur.
Birinci integral in integrali olarak da hesaplanabilir ve bulunur. İki sonuç farklı görünür ama yalnızca sabitleri farklıdır; çünkü tir.
Kosinüsün kuvveti
Kosinüsün kuvveti ile sinüsün çarpımında seçilir. Bu kez olduğu için integralin önüne bir eksi işareti gelir.
integrali verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
için olur ve integral olur.
Sonuç dir.
Tanjantın integrali
Tanjant, sinüsün kosinüse bölümüdür ve paydaki sinüs, paydadaki kosinüsün türevinin eksisidir; bu gözlem tanjantın integralini tek adımda verir. Bu yüzden payda seçilince integral logaritmaya dönüşür.
integrali verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
ve için olur.
İntegral olur.
Açının içinde ifade
Trigonometrik fonksiyonun içinde gibi bir ifade bulunuyorsa ve bu ifadenin türevi çarpan olarak varsa, açı seçilir. Böylece fonksiyon temel tablodaki sinüs ya da kosinüs integraline döner.
integrali verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
için olur ve integral ya dönüşür.
Sonuç dir.
Doğrusal iç fonksiyon
İç fonksiyon biçimindeyse türevi sabit bir sayı olan dır ve integralde çarpan olarak bulunmasına gerek yoktur. Bu yüzden değişken değiştirme her zaman işler ve sonuç, dış fonksiyonun integralinin ya bölünmesidir.
ve integralleri verilsin.
İntegralleri hesaplayalım.
Birincide ve olur; sonuç dir.
İkincide ve olur; sonuç dir.
Belirli integralde sınırları dönüştürmek
Belirli integralde değişken değiştirilirken sınırlar da yeni değişkene göre yazılır; her sınır nun tanımında yerine konarak yeni sınır bulunur. Böylece sonuç eski değişkene dönmeden, doğrudan yeni sınırlarla hesaplanır.
integrali verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
için da , de olur; integral ya dönüşür.
Sonuç olur.
integrali verilsin.
Sınırları dönüştürerek hesaplayalım.
için da , de olur.
İntegral olur.
Değişken değiştirmeyle belirli integral
Logaritma veren kalıplar belirli integralde de sık kullanılır. Sınırlar dönüştürüldükten sonra sonuç logaritmaların farkı olarak yazılır ve logaritma kurallarıyla sadeleştirilir.
integrali verilsin.
İntegrali hesaplayalım.
için sınırlar ve olur; integral ya dönüşür.
Sonuç olur.
Sınırları dönüştürmemek
Belirli integral için ikinci bir yol da vardır: belirsiz integral önce değişken değiştirilerek bulunur, eski değişkene geri dönülür ve eski sınırlar kullanılır. İki yol da aynı sonucu verir; önemli olan ikisini karıştırmamaktır.
Değişken değiştirip eski sınırları yeni değişkenle kullanmak.
integralinde yazıldıktan sonra sınırlar ve olarak kaldı; burada bu tesadüfen doğrudur. Ama örneğin te yeni sınırlar ve tir; eski sınırlar kullanılırsa sonuç yanlış çıkar.
Bu integralin doğru değeri dur.
Eski değişkeni yeni değişkenle yazmak
Bazen seçildikten sonra integralde hâlâ kalır. Bu durumda , cinsinden yazılır ve integral tamamen yeni değişkene çevrilir. Yöntem özellikle kök içinde doğrusal bir ifade bulunduğunda işe yarar.
integrali verilsin.
Değişken değiştirerek hesaplayalım.
için ve olur; sınırlar ve dir. İntegral olur.
bulunur.
Sonucu türevle denetlemek
Değişken değiştirmenin sonucu her zaman türev alınarak denetlenebilir. Türev alınırken zincir kuralı iç fonksiyonun türevini geri getirir ve integrali alınan ifade yeniden ortaya çıkar.
sonucu verilsin.
Sonucu türevle denetleyelim.
Türev olur.
Sadeleşince kalır; sonuç doğrudur.
Yöntemin sınırları
Değişken değiştirme her integrali çözmez. Yöntemin işlemesi için iç fonksiyonun türevinin, bir sabit çarpan dışında, integralde bulunması gerekir. Örneğin integralinde çarpanı olmadığı için seçimi sonuç vermez; bu integralin ters türevi temel fonksiyonlarla yazılamaz.
Lise düzeyindeki sorular, yöntemin işleyeceği biçimde seçilir. Bir değişken değiştirme sonuç vermiyorsa önce başka bir denenir; hâlâ olmuyorsa açma, terimlere ayırma ya da özdeşlik gibi diğer yöntemlere dönülür.
Kalıpların özeti
| İntegral biçimi | Sonuç |
|---|---|
Tablodaki her satır, temel bir integral kuralında yerine yazılmış ve türevi çarpan olarak eklenmiş hâlidir. Bu tabloyu tanımak, çoğu soruda yazmadan doğrudan sonuca gitmeyi sağlar.
Sınavda değişken değiştirme
İleri düzeyde (AYT) değişken değiştirme; kuvvet, kök, üstel, logaritmik ve trigonometrik integraller ve belirli integralde sınır dönüştürme biçiminde karşına çıkabilir.
Sorular çoğu zaman tablodaki kalıplardan birine indirgenecek biçimde seçilir.
Soruda bir iç fonksiyon ve yanında onun türevine benzeyen bir çarpan gördüğünde hemen değişken değiştirmeyi düşün. Belirli integralde sınırları dönüştürmeyi unutma ya da eski değişkene geri dönüp eski sınırları kullan.
Sık yapılan hatalar
| Hata | Doğrusu |
|---|---|
| i ya çevirmemek | yazılır |
| Katsayıyı ayarlamayı unutmak | Eksik sabit dışarıda düzeltilir |
| Eksik çarpanını eklemek | Değişken düzeltilemez |
| Belirli integralde eski sınırları kullanmak | Sınırlar dönüştürülür |
| Sonuçta yu bırakmak | Eski değişkene dönülür |
Değişken değiştirmenin sonucu, tıpkı diğer integrallerde olduğu gibi, türev alınarak denetlenir. Türev alınırken zincir kuralı iç fonksiyonun türevini geri getirmelidir.
Hap bilgi özeti
İç fonksiyon ile türevi birlikte görünüyorsa değişken değiştir.
Yöntem, zincir kuralını tersten okumaktır.
Sık sorulanlar
Değişken değiştirme yöntemi nedir?
İntegraldeki bir iç fonksiyona yeni bir değişken adı verilerek integralin basit bir biçime dönüştürülmesidir. Zincir kuralının tersidir.
u nasıl seçilir?
Türevi integralde çarpan olarak bulunan iç ifade seçilir. Bu ifade genellikle bir parantezin, kökün, paydanın ya da üssün içindedir.
Katsayı eksikse ne yapılır?
Eksik olan sabit bir sayıysa integralin dışında düzeltilir. Eksik olan bir değişkense bu değişken değiştirme işe yaramaz.
Belirli integralde değişken değiştirilirken sınırlar ne olur?
Sınırlar yeni değişkene göre yeniden yazılır. İstenirse eski değişkene dönülüp eski sınırlar da kullanılabilir.
tan x in integrali nedir?
Eksi ln mutlak cos x artı C dir. Payda cos x seçilerek değişken değiştirmeyle bulunur.
ln x bölü x in integrali nedir?
u eşittir ln x seçilir ve sonuç ln x in karesi bölü 2 artı C olur.
Değişken değiştirmenin sonucu nasıl denetlenir?
Sonucun türevi zincir kuralıyla alınır. Türev, integrali alınan fonksiyona eşitse sonuç doğrudur.
Her integral değişken değiştirmeyle çözülür mü?
Hayır. İç fonksiyonun türevi, bir sabit çarpan dışında, integralde bulunmuyorsa yöntem işe yaramaz. O zaman başka yöntemler denenir.
Kontrol listesi
0 / 10 tamamlandı
Tebrikler, bu konunun kontrol listesini tamamladın.
Bunlar da ilgini çekebilir


