Ολοκλήρωμα του $$$\frac{\sin{\left(1 \right)} \cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}}$$$
Σχετικός υπολογιστής: Υπολογιστής Ορισμένου και Ακατάλληλου Ολοκληρώματος
Η είσοδός σας
Βρείτε $$$\int \frac{\sin{\left(1 \right)} \cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}}\, dx$$$.
Λύση
Εφαρμόστε τον κανόνα του σταθερού πολλαπλασίου $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ με $$$c=\sin{\left(1 \right)}$$$ και $$$f{\left(x \right)} = \frac{\cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}}$$$:
$${\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(1 \right)} \cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}} d x}}} = {\color{red}{\sin{\left(1 \right)} \int{\frac{\cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}} d x}}}$$
Εκφράστε σε όρους της συνεφαπτομένης:
$$\sin{\left(1 \right)} {\color{red}{\int{\frac{\cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}} d x}}} = \sin{\left(1 \right)} {\color{red}{\int{\cot^{2}{\left(x \right)} d x}}}$$
Έστω $$$u=\cot{\left(x \right)}$$$.
Τότε $$$du=\left(\cot{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx = - \csc^{2}{\left(x \right)} dx$$$ (τα βήματα παρουσιάζονται »), και έχουμε ότι $$$\csc^{2}{\left(x \right)} dx = - du$$$.
Το ολοκλήρωμα μπορεί να επαναγραφεί ως
$$\sin{\left(1 \right)} {\color{red}{\int{\cot^{2}{\left(x \right)} d x}}} = \sin{\left(1 \right)} {\color{red}{\int{\left(- \frac{u^{2}}{u^{2} + 1}\right)d u}}}$$
Εφαρμόστε τον κανόνα του σταθερού πολλαπλασίου $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ με $$$c=-1$$$ και $$$f{\left(u \right)} = \frac{u^{2}}{u^{2} + 1}$$$:
$$\sin{\left(1 \right)} {\color{red}{\int{\left(- \frac{u^{2}}{u^{2} + 1}\right)d u}}} = \sin{\left(1 \right)} {\color{red}{\left(- \int{\frac{u^{2}}{u^{2} + 1} d u}\right)}}$$
Επαναγράψτε και διασπάστε το κλάσμα:
$$- \sin{\left(1 \right)} {\color{red}{\int{\frac{u^{2}}{u^{2} + 1} d u}}} = - \sin{\left(1 \right)} {\color{red}{\int{\left(1 - \frac{1}{u^{2} + 1}\right)d u}}}$$
Ολοκληρώστε όρο προς όρο:
$$- \sin{\left(1 \right)} {\color{red}{\int{\left(1 - \frac{1}{u^{2} + 1}\right)d u}}} = - \sin{\left(1 \right)} {\color{red}{\left(\int{1 d u} - \int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u}\right)}}$$
Εφαρμόστε τον κανόνα της σταθεράς $$$\int c\, du = c u$$$ με $$$c=1$$$:
$$- \sin{\left(1 \right)} \left(- \int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} + {\color{red}{\int{1 d u}}}\right) = - \sin{\left(1 \right)} \left(- \int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} + {\color{red}{u}}\right)$$
Το ολοκλήρωμα του $$$\frac{1}{u^{2} + 1}$$$ είναι $$$\int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} = \operatorname{atan}{\left(u \right)}$$$:
$$- \sin{\left(1 \right)} \left(u - {\color{red}{\int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u}}}\right) = - \sin{\left(1 \right)} \left(u - {\color{red}{\operatorname{atan}{\left(u \right)}}}\right)$$
Θυμηθείτε ότι $$$u=\cot{\left(x \right)}$$$:
$$- \sin{\left(1 \right)} \left(- \operatorname{atan}{\left({\color{red}{u}} \right)} + {\color{red}{u}}\right) = - \sin{\left(1 \right)} \left(- \operatorname{atan}{\left({\color{red}{\cot{\left(x \right)}}} \right)} + {\color{red}{\cot{\left(x \right)}}}\right)$$
Επομένως,
$$\int{\frac{\sin{\left(1 \right)} \cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}} d x} = - \left(\cot{\left(x \right)} - \operatorname{atan}{\left(\cot{\left(x \right)} \right)}\right) \sin{\left(1 \right)}$$
Απλοποιήστε:
$$\int{\frac{\sin{\left(1 \right)} \cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}} d x} = \left(- \cot{\left(x \right)} + \operatorname{atan}{\left(\cot{\left(x \right)} \right)}\right) \sin{\left(1 \right)}$$
Προσθέστε τη σταθερά ολοκλήρωσης:
$$\int{\frac{\sin{\left(1 \right)} \cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}} d x} = \left(- \cot{\left(x \right)} + \operatorname{atan}{\left(\cot{\left(x \right)} \right)}\right) \sin{\left(1 \right)}+C$$
Απάντηση
$$$\int \frac{\sin{\left(1 \right)} \cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}}\, dx = \left(- \cot{\left(x \right)} + \operatorname{atan}{\left(\cot{\left(x \right)} \right)}\right) \sin{\left(1 \right)} + C$$$A