Ολοκλήρωμα του $$$\frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}}$$$

Βρείτε $$$\int \frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}}\, da$$$.

Εκφράστε τον ολοκληρωτέο σε όρους της τέμνουσας:

$${\color{red}{\int{\frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}} d a}}} = {\color{red}{\int{\sec^{4}{\left(a \right)} d a}}}$$

Απομονώστε δύο τέμνουσες και εκφράστε τα υπόλοιπα ως προς την εφαπτομένη, χρησιμοποιώντας τον τύπο $$$\sec^2\left( \alpha \right)=\tan^2\left( \alpha \right) + 1$$$ με $$$\alpha=a$$$:

$${\color{red}{\int{\sec^{4}{\left(a \right)} d a}}} = {\color{red}{\int{\left(\tan^{2}{\left(a \right)} + 1\right) \sec^{2}{\left(a \right)} d a}}}$$

Έστω $$$u=\tan{\left(a \right)}$$$.

Τότε $$$du=\left(\tan{\left(a \right)}\right)^{\prime }da = \sec^{2}{\left(a \right)} da$$$ (τα βήματα παρουσιάζονται »), και έχουμε ότι $$$\sec^{2}{\left(a \right)} da = du$$$.

Επομένως,

$${\color{red}{\int{\left(\tan^{2}{\left(a \right)} + 1\right) \sec^{2}{\left(a \right)} d a}}} = {\color{red}{\int{\left(u^{2} + 1\right)d u}}}$$

Ολοκληρώστε όρο προς όρο:

$${\color{red}{\int{\left(u^{2} + 1\right)d u}}} = {\color{red}{\left(\int{1 d u} + \int{u^{2} d u}\right)}}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα της σταθεράς $$$\int c\, du = c u$$$ με $$$c=1$$$:

$$\int{u^{2} d u} + {\color{red}{\int{1 d u}}} = \int{u^{2} d u} + {\color{red}{u}}$$

Εφαρμόστε τον κανόνα δύναμης $$$\int u^{n}\, du = \frac{u^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ με $$$n=2$$$:

$$u + {\color{red}{\int{u^{2} d u}}}=u + {\color{red}{\frac{u^{1 + 2}}{1 + 2}}}=u + {\color{red}{\left(\frac{u^{3}}{3}\right)}}$$

Θυμηθείτε ότι $$$u=\tan{\left(a \right)}$$$:

$${\color{red}{u}} + \frac{{\color{red}{u}}^{3}}{3} = {\color{red}{\tan{\left(a \right)}}} + \frac{{\color{red}{\tan{\left(a \right)}}}^{3}}{3}$$

Επομένως,

$$\int{\frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}} d a} = \frac{\tan^{3}{\left(a \right)}}{3} + \tan{\left(a \right)}$$

Προσθέστε τη σταθερά ολοκλήρωσης:

$$\int{\frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}} d a} = \frac{\tan^{3}{\left(a \right)}}{3} + \tan{\left(a \right)}+C$$

$$$\int \frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}}\, da = \left(\frac{\tan^{3}{\left(a \right)}}{3} + \tan{\left(a \right)}\right) + C$$$A