Funktion $$$2 \tan^{2}{\left(\theta \right)}$$$ integraali
Aiheeseen liittyvä laskin: Määrättyjen ja epäoleellisten integraalien laskin
Syötteesi
Määritä $$$\int 2 \tan^{2}{\left(\theta \right)}\, d\theta$$$.
Ratkaisu
Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(\theta \right)}\, d\theta = c \int f{\left(\theta \right)}\, d\theta$$$ käyttäen $$$c=2$$$ ja $$$f{\left(\theta \right)} = \tan^{2}{\left(\theta \right)}$$$:
$${\color{red}{\int{2 \tan^{2}{\left(\theta \right)} d \theta}}} = {\color{red}{\left(2 \int{\tan^{2}{\left(\theta \right)} d \theta}\right)}}$$
Olkoon $$$u=\tan{\left(\theta \right)}$$$.
Tällöin $$$\theta=\operatorname{atan}{\left(u \right)}$$$ ja $$$d\theta=\left(\operatorname{atan}{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = \frac{du}{u^{2} + 1}$$$ (vaiheet ovat nähtävissä »).
Integraali muuttuu muotoon
$$2 {\color{red}{\int{\tan^{2}{\left(\theta \right)} d \theta}}} = 2 {\color{red}{\int{\frac{u^{2}}{u^{2} + 1} d u}}}$$
Kirjoita murtolauseke uudelleen ja jaa se osamurtoihin:
$$2 {\color{red}{\int{\frac{u^{2}}{u^{2} + 1} d u}}} = 2 {\color{red}{\int{\left(1 - \frac{1}{u^{2} + 1}\right)d u}}}$$
Integroi termi kerrallaan:
$$2 {\color{red}{\int{\left(1 - \frac{1}{u^{2} + 1}\right)d u}}} = 2 {\color{red}{\left(\int{1 d u} - \int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u}\right)}}$$
Sovella vakiosääntöä $$$\int c\, du = c u$$$ käyttäen $$$c=1$$$:
$$- 2 \int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} + 2 {\color{red}{\int{1 d u}}} = - 2 \int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} + 2 {\color{red}{u}}$$
Funktion $$$\frac{1}{u^{2} + 1}$$$ integraali on $$$\int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} = \operatorname{atan}{\left(u \right)}$$$:
$$2 u - 2 {\color{red}{\int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u}}} = 2 u - 2 {\color{red}{\operatorname{atan}{\left(u \right)}}}$$
Muista, että $$$u=\tan{\left(\theta \right)}$$$:
$$- 2 \operatorname{atan}{\left({\color{red}{u}} \right)} + 2 {\color{red}{u}} = - 2 \operatorname{atan}{\left({\color{red}{\tan{\left(\theta \right)}}} \right)} + 2 {\color{red}{\tan{\left(\theta \right)}}}$$
Näin ollen,
$$\int{2 \tan^{2}{\left(\theta \right)} d \theta} = 2 \tan{\left(\theta \right)} - 2 \operatorname{atan}{\left(\tan{\left(\theta \right)} \right)}$$
Sievennä:
$$\int{2 \tan^{2}{\left(\theta \right)} d \theta} = 2 \left(- \theta + \tan{\left(\theta \right)}\right)$$
Lisää integrointivakio:
$$\int{2 \tan^{2}{\left(\theta \right)} d \theta} = 2 \left(- \theta + \tan{\left(\theta \right)}\right)+C$$
Vastaus
$$$\int 2 \tan^{2}{\left(\theta \right)}\, d\theta = 2 \left(- \theta + \tan{\left(\theta \right)}\right) + C$$$A