Funktion $$$\cos^{4}{\left(x \right)}$$$ integraali
Aiheeseen liittyvä laskin: Määrättyjen ja epäoleellisten integraalien laskin
Syötteesi
Määritä $$$\int \cos^{4}{\left(x \right)}\, dx$$$.
Ratkaisu
Sovella potenssin alentamiskaavaa $$$\cos^{4}{\left(\alpha \right)} = \frac{\cos{\left(2 \alpha \right)}}{2} + \frac{\cos{\left(4 \alpha \right)}}{8} + \frac{3}{8}$$$ käyttäen $$$\alpha=x$$$:
$${\color{red}{\int{\cos^{4}{\left(x \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(\frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2} + \frac{\cos{\left(4 x \right)}}{8} + \frac{3}{8}\right)d x}}}$$
Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ käyttäen $$$c=\frac{1}{8}$$$ ja $$$f{\left(x \right)} = 4 \cos{\left(2 x \right)} + \cos{\left(4 x \right)} + 3$$$:
$${\color{red}{\int{\left(\frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2} + \frac{\cos{\left(4 x \right)}}{8} + \frac{3}{8}\right)d x}}} = {\color{red}{\left(\frac{\int{\left(4 \cos{\left(2 x \right)} + \cos{\left(4 x \right)} + 3\right)d x}}{8}\right)}}$$
Integroi termi kerrallaan:
$$\frac{{\color{red}{\int{\left(4 \cos{\left(2 x \right)} + \cos{\left(4 x \right)} + 3\right)d x}}}}{8} = \frac{{\color{red}{\left(\int{3 d x} + \int{4 \cos{\left(2 x \right)} d x} + \int{\cos{\left(4 x \right)} d x}\right)}}}{8}$$
Sovella vakiosääntöä $$$\int c\, dx = c x$$$ käyttäen $$$c=3$$$:
$$\frac{\int{4 \cos{\left(2 x \right)} d x}}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{3 d x}}}}{8} = \frac{\int{4 \cos{\left(2 x \right)} d x}}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}{8} + \frac{{\color{red}{\left(3 x\right)}}}{8}$$
Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ käyttäen $$$c=4$$$ ja $$$f{\left(x \right)} = \cos{\left(2 x \right)}$$$:
$$\frac{3 x}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{4 \cos{\left(2 x \right)} d x}}}}{8} = \frac{3 x}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}{8} + \frac{{\color{red}{\left(4 \int{\cos{\left(2 x \right)} d x}\right)}}}{8}$$
Olkoon $$$u=2 x$$$.
Tällöin $$$du=\left(2 x\right)^{\prime }dx = 2 dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$dx = \frac{du}{2}$$$.
Integraali voidaan kirjoittaa muotoon
$$\frac{3 x}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(2 x \right)} d x}}}}{2} = \frac{3 x}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(u \right)}}{2} d u}}}}{2}$$
Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ käyttäen $$$c=\frac{1}{2}$$$ ja $$$f{\left(u \right)} = \cos{\left(u \right)}$$$:
$$\frac{3 x}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(u \right)}}{2} d u}}}}{2} = \frac{3 x}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}{8} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\cos{\left(u \right)} d u}}{2}\right)}}}{2}$$
Kosinin integraali on $$$\int{\cos{\left(u \right)} d u} = \sin{\left(u \right)}$$$:
$$\frac{3 x}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(u \right)} d u}}}}{4} = \frac{3 x}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}{8} + \frac{{\color{red}{\sin{\left(u \right)}}}}{4}$$
Muista, että $$$u=2 x$$$:
$$\frac{3 x}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}{8} + \frac{\sin{\left({\color{red}{u}} \right)}}{4} = \frac{3 x}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}{8} + \frac{\sin{\left({\color{red}{\left(2 x\right)}} \right)}}{4}$$
Olkoon $$$u=4 x$$$.
Tällöin $$$du=\left(4 x\right)^{\prime }dx = 4 dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$dx = \frac{du}{4}$$$.
Integraali voidaan kirjoittaa muotoon
$$\frac{3 x}{8} + \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(4 x \right)} d x}}}}{8} = \frac{3 x}{8} + \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(u \right)}}{4} d u}}}}{8}$$
Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ käyttäen $$$c=\frac{1}{4}$$$ ja $$$f{\left(u \right)} = \cos{\left(u \right)}$$$:
$$\frac{3 x}{8} + \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(u \right)}}{4} d u}}}}{8} = \frac{3 x}{8} + \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{4} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\cos{\left(u \right)} d u}}{4}\right)}}}{8}$$
Kosinin integraali on $$$\int{\cos{\left(u \right)} d u} = \sin{\left(u \right)}$$$:
$$\frac{3 x}{8} + \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(u \right)} d u}}}}{32} = \frac{3 x}{8} + \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{4} + \frac{{\color{red}{\sin{\left(u \right)}}}}{32}$$
Muista, että $$$u=4 x$$$:
$$\frac{3 x}{8} + \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{4} + \frac{\sin{\left({\color{red}{u}} \right)}}{32} = \frac{3 x}{8} + \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{4} + \frac{\sin{\left({\color{red}{\left(4 x\right)}} \right)}}{32}$$
Näin ollen,
$$\int{\cos^{4}{\left(x \right)} d x} = \frac{3 x}{8} + \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{4} + \frac{\sin{\left(4 x \right)}}{32}$$
Sievennä:
$$\int{\cos^{4}{\left(x \right)} d x} = \frac{12 x + 8 \sin{\left(2 x \right)} + \sin{\left(4 x \right)}}{32}$$
Lisää integrointivakio:
$$\int{\cos^{4}{\left(x \right)} d x} = \frac{12 x + 8 \sin{\left(2 x \right)} + \sin{\left(4 x \right)}}{32}+C$$
Vastaus
$$$\int \cos^{4}{\left(x \right)}\, dx = \frac{12 x + 8 \sin{\left(2 x \right)} + \sin{\left(4 x \right)}}{32} + C$$$A