00:00
00:00
KURSER  / 
Matematik 3
BC
/  Primitiva funktioner och integraler

Primitiva Funktioner

Så hjälper Eddler dig:
Videor som är lätta att förstå Övningar & prov med förklaringar
Allt du behöver för att klara av nationella provet
Så hjälper Eddler dig:
Videor som är lätta att förstå Övningar & prov med förklaringar
Allt du behöver för att klara av nationella provet

Vad är en Primitiv funktion?

Tidigare har vi lärt oss hur man bestämmer derivatan ff’ƒ  utifrån en känd funktion ffƒ .  Vi har deriveringsregler för potens- och exponentialfunktioner som kommer från derivatans definition.

Primitiv funktion

Vi ska nu vi studera hur man kan bestämma en funktion ffƒ  utifrån en given derivata ff’ƒ  . Den ursprungliga funktionen kallas för en primitiv funktion och betecknas ofta med FFF.  

En kontinuerlig funktion  FFF  i intervallet aa\leaxx\lex bbb  är en primitiv funktion till funktionen ffƒ   i samma intervall om

 F(x)=f(x)F'(x)=f\left(x\right)F’(x)=ƒ (x) 

Eller med andra ord. Om derivata till FFF är lika med funktionen ffƒ  är  FFF en primitiv funktion till ffƒ .

Enkelt uttryckt innebär en primitiv funktion att man tar fram ”baklängesderivatan” för en funktion. Ibland kallas den primitiva funktionen just för antiderivata. Så när du deriverar den primitiva funktionen får du återigen fram den funktion som du ”började med”.

När använder man Primitiva funktioner?

När man beräknar integraler använder man den primitiva funktionen till integranden. Integranden är den funktion som begränsar arean. Hur man gör kommer vi gå igenom i kommande lektioner.

En metoden för att lyckas med att ta fram primitiva funktioner, är att försöka tänka derivering baklänges. Genom att tänka ”hur såg denna funktionen ut innan den blev deriverad?” kan man hitta den primitiva funktionen.

När vi deriverar multiplicerar vi med olika faktorer. När vi söker den primitiva funktionen kommer vi istället att dividera med motsvarande tal.

Primitiv funktion till potensfunktioner 

Den primitiva funktionen för termer i potensform kan allra oftast i Ma3 och Ma4 beräknas med minnesregeln “koefficienten gånger variabeln upphöjt till exponenten plus ett, dividerat med exponenten plus ett ”.
Primitiva funktioner till potensfunktioner
I videon visar vi på hur detta mönster känns igen och hur man metodiskt kan tänka för att lyckas ta fram primitiva funktioner. Som inledande vägledning kan följande metod användas för polynomfunktioner.

  1. Skriv av den givna funktionen.
  2. Addera exponenten med ett.
  3. Dividera med exponenten plus ett.
  4. Förenkla uttrycket.
  5. Lägg till en konstant C.

Observera att denna minnes regel alltså inte gäller för alla potensfunktioner. I Ma5 kommer vi titta på nya metoder för att ta fram den primitiva funktionen till andra mer komplicerade funktioner. Men i Ma3 och 4 kan vi som sagt allt som oftast använda den. Men bra att ta för vana att se om man tagit fram rätt primitiv funktion genom att derivera den och se att det stämmer.

Derivatan av en konstant är alltid lika med noll. Därför, när vi söker den primitiva funktionen, lägger vi alltid till en konstant CCC. Detta eftersom att när vi deriverar F(x)F\left(x\right)F(x) alltid kommer få  f(x)f\left(x\right)ƒ (x) oavsett värdet på konstanten, eftersom att den försvinner vid derivering.

Man brukar skilja på att bestämma en primitiv funktion och samtliga primitiva funktioner. Skillnaden är just detta att vi lägger till en konstant CCC för att få samtliga funktioner F(x)F\left(x\right)F(x) som har derivatan f(x)f\left(x\right)ƒ (x).

I kommande lektion kommer vi att prata mer om konstanten CCC och hur man utifrån givna villkor kan bestämma dess värde.

Här följer nu exempel på hur vi bestämmer den primitiva funktionen till några potensfunktioner.

Exempel 1

Bestäm samtliga F(x)F\left(x\right)F(x) då  f(x)=2xf(x)=2xƒ (x)=2x  

Lösning

Enligt regeln ska vi addera exponenten med ett och sedan dividera med den nya exponenten. Till sist adderar vi en konstant. Vi får att den primitiva funktionen är

 F(x)=x2+CF(x)=x^2+CF(x)=x2+C 

Steg för steg får vi eftersom att

 f(x)=2x=2x1f\left(x\right)=2x=2\cdot x^1ƒ (x)=2x=2·x1 

att

 F(x)=2x1+12+C=2x22+C=x2+CF(x)=\frac{2\cdot x^{1+1}}{2}+C=\frac{2\cdot x^2}{2}+C=x^2+CF(x)=2·x1+12 +C=2·x22 +C=x2+C 

Exempel 2

Bestäm samtliga F(x)F\left(x\right)F(x)  då  f(x)=x3x2+10f(x)=x-3x^2+10ƒ (x)=x3x2+10  

Lösning

Enligt regeln ska vi addera exponenten med ett och sedan dividera med den nya exponenten. Till sist adderar vi en konstant. Vi får att den primitiva funktionen är

 F(x)=x22x3+10x+CF(x)=\frac{x^2}{2}-x^3+10x+CF(x)=x22 x3+10x+C 

Steg för steg får vi eftersom att

 f(x)=x3x2+10=x13x2+10f\left(x\right)=x-3x^2+10=x^1-3x^2+10ƒ (x)=x3x2+10=x13x2+10 

att

 F(x)=x1+123x2+13+10x+C=x22x3+10x+CF(x)=\frac{x^{1+1}}{2}-\frac{3x^{2+1}}{3}+10x+C=\frac{x^2}{2}-x^3+10x+CF(x)=x1+12 3x2+13 +10x+C=x22 x3+10x+C 

Exempel 3

Bestäm samtliga F(x)F\left(x\right)F(x)  då  f(x)=f(x)=ƒ (x)= 2x\frac{2}{\sqrt{x}}2x    

Lösning

Enligt regeln ska vi addera exponenten med ett och sedan dividera med den nya exponenten. Till sist adderar vi en konstant. Vi får att den primitiva funktionen är

 F(x)=4x+CF(x)=4\sqrt{x}+CF(x)=4x+C 

Steg för steg får vi eftersom att

 f(x)=f\left(x\right)=ƒ (x)= 2x=2x0,5=\frac{2}{\sqrt{x}}=\frac{2}{x^{0,5}}=2x =2x0,5 = 2x0,52\cdot x^{-0,5}2·x0,5  

att

 F(x)=F(x)=F(x)= 2x0,5+10,5\frac{2\cdot x^{-0,5+1}}{0,5}2·x0,5+10,5  +C=+C=+C=  2x0,50,5\frac{2\cdot x^{0,5}}{0,5}2·x0,50,5  +C=+C=+C=  4x0,5+C=4x+C4\cdot x^{0,5}+C=4\sqrt{x}+C4·x0,5+C=4x+C  

Primitiv funktion till exponentialfunktioner 

Den primitiva funktionen för termer med variabeln i exponenten är lika med “den ursprungliga funktionen dividerat med exponentens derivata gånger den naturliga logaritmen för basen”.
Regel för primitiv funktion till exponentialfunktioner
Följande metod kan användas som vägledning när du bestämmer primitiva funktioner till exponentialfunktioner.

  1. Skriv av den givna funktionen.
  2. Dividera med, exponentens derivata multiplicerat med den naturliga logaritmen för basen.
  3. Förenkla uttrycket.
  4. Lägg till en konstant DDD.

I denna kursen är exponenten alltid en linjär funktion, alltså en förstagradsfunktion. Derivatan till alla linjära funktioner är alltid en konstant. Därför brukar man ibland lite slarvigt säga att man ”dividerar med koefficienten i exponenten”. Men det beror alltså på att derivatan av exponenten, när den är linjär, alltid motsvaras av koefficienten i exponenten.

I denna kurs är det även framföra allt exponentialfunktioner med basen eee som man ska bestämma den primitiva funktionen till. Det leder till att regeln blir något enklare. Detta eftersom att den naturliga logaritmen  ln\lnln för basen  eee  är lika med ett. Vi får då att

 F(x)=F\left(x\right)=F(x)=  Cekxklne=Cekxk1=Cekxk\frac{Ce^{kx}}{k\cdot\ln e}=\frac{Ce^{kx}}{k\cdot1}=\frac{Ce^{kx}}{k}Cekxk·lne =Cekxk·1 =Cekxk  

Här följer ett exempel på hur vi bestämmer den primitiva funktionen till en exponentialfunktion.

Exempel 4

Bestäm samtliga F(x)F\left(x\right)F(x)  då  f(x)=e3xf(x)=e^{3x}ƒ (x)=e3x  

Lösning

Enligt regeln ska vi utgå från den ursprungliga funktionen och sedan dividera med exponentens derivata gånger den naturliga logaritmen för basen. Till sist adderar vi en konstant. Vi får att den primitiva funktionen är

 F(x)=e3x3+CF(x)=\frac{e^{3x}}{3}+CF(x)=e3x3 +C 

Några olika primitiva funktioner att lägga på minnet

Här har vi tagit fram den primitiva funktionen, så kallade primitiver, för några vanliga funktionsuttryck.

   f(x)=k  ⇒f\left(x\right)=k\text{ }\text{ }\text{⇒}ƒ (x)=k     F(x)=kx+CF\left(x\right)=kx+CF(x)=kx+C    där kkk och CCC är konstanter 
  f(x)=4  ⇒f\left(x\right)=4\text{ }\text{ }\text{⇒}ƒ (x)=4     F(x)=4x+CF\left(x\right)=4x+CF(x)=4x+C     
   f(x)=kxn ⇒f\left(x\right)=kx^n\text{ ⇒}ƒ (x)=kxn   F(x)=F\left(x\right)=F(x)= kxn+1n+1\frac{kx^{n+1}}{n+1}kxn+1n+1  +C+C+C   
  f(x)=2x ⇒f\left(x\right)=2x\text{ ⇒}ƒ (x)=2x   F(x)=x2F\left(x\right)=x^2F(x)=x2  +C+C+C 
  f(x)=x2  ⇒f\left(x\right)=x^2\text{ }\text{ }\text{⇒}ƒ (x)=x2    F(x)=F\left(x\right)=F(x)= x33\frac{x^3}{3}x33   +C+C+C  
  f(x)=f\left(x\right)=ƒ (x)= 1x\frac{1}{x}1x    ⇒\text{ ⇒}    F(x)=F\left(x\right)=F(x)= lnx\ln xlnx   +C+C+C 
  f(x)=xf\left(x\right)=\sqrt{x}ƒ (x)=x  ⇒\text{ ⇒}    F(x)=F\left(x\right)=F(x)= 12x\frac{1}{2\sqrt{x}}12x    +C+C+C 
 … 
 f(x)=Cakxf\left(x\right)=C\cdot a^{kx}ƒ (x)=C·akx   ⇒\text{ ⇒}    F(x)=F\left(x\right)=F(x)=  Cakxklna\frac{Ca^{kx}}{k\cdot\ln a}Cakxk·lna   +C+C+C 
 f(x)=ex  ⇒f\left(x\right)=e^x\text{ }\text{ }\text{⇒}ƒ (x)=ex      F(x)=ex+CF\left(x\right)=e^x+CF(x)=ex+C 
 f(x)=e5x  ⇒f\left(x\right)=e^{5x}\text{ }\text{ }\text{⇒}ƒ (x)=e5x      F(x)=F\left(x\right)=F(x)= e5x5\frac{e^{5x}}{5}e5x5   

Exempel i videon

  • Visar den primitiva funktionen till  f(x)=2f(x)=2ƒ (x)=2 
  • Bestäm den primitiva funktionen till f(x)=2x2f(x)=2x^2ƒ (x)=2x2
  • Exempel där vi tar fram primitiv funktion till
    • f(x)=2x4+2x10f(x)=2x^4+2x-10ƒ (x)=2x4+2x10
    • f(x)=exf(x)=e^xƒ (x)=ex
    • f(x)=2e3xf(x)=2e^{3x}ƒ (x)=2e3x