Funktion $$$\frac{1}{1 - \sin{\left(2 x \right)}}$$$ integraali

Määritä $$$\int \frac{1}{1 - \sin{\left(2 x \right)}}\, dx$$$.

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

$${\color{red}{\int{\frac{1}{1 - \sin{\left(2 x \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{2 \left(\sin{\left(u \right)} - 1\right)}\right)d u}}}$$

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ käyttäen $$$c=- \frac{1}{2}$$$ ja $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{\sin{\left(u \right)} - 1}$$$:

$${\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{2 \left(\sin{\left(u \right)} - 1\right)}\right)d u}}} = {\color{red}{\left(- \frac{\int{\frac{1}{\sin{\left(u \right)} - 1} d u}}{2}\right)}}$$

Kirjoita $$$1$$$ uudelleen muodossa $$$\sin^2\left(\frac{ u }{2}\right)+\cos^2\left(\frac{ u }{2}\right)$$$ ja käytä sinin kaksinkertaisen kulman kaavaa $$$\sin\left( u \right)=2\sin\left(\frac{ u }{2}\right)\cos\left(\frac{ u }{2}\right)$$$:

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

Täydennä neliöksi (vaiheet näkyvät »):

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

Kerro osoittaja ja nimittäjä luvulla $$$\sec^2\left(\frac{ u }{2}\right)$$$:

$$- \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{\left(\sin{\left(\frac{u}{2} \right)} - \cos{\left(\frac{u}{2} \right)}\right)^{2}}\right)d u}}}}{2} = - \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{\sec^{2}{\left(\frac{u}{2} \right)}}{\left(\tan{\left(\frac{u}{2} \right)} - 1\right)^{2}}\right)d u}}}}{2}$$

Olkoon $$$v=\tan{\left(\frac{u}{2} \right)} - 1$$$.

Tällöin $$$dv=\left(\tan{\left(\frac{u}{2} \right)} - 1\right)^{\prime }du = \frac{\sec^{2}{\left(\frac{u}{2} \right)}}{2} du$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$\sec^{2}{\left(\frac{u}{2} \right)} du = 2 dv$$$.

Siis,

$$- \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{\sec^{2}{\left(\frac{u}{2} \right)}}{\left(\tan{\left(\frac{u}{2} \right)} - 1\right)^{2}}\right)d u}}}}{2} = - \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{2}{v^{2}}\right)d v}}}}{2}$$

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$ käyttäen $$$c=-2$$$ ja $$$f{\left(v \right)} = \frac{1}{v^{2}}$$$:

$$- \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{2}{v^{2}}\right)d v}}}}{2} = - \frac{{\color{red}{\left(- 2 \int{\frac{1}{v^{2}} d v}\right)}}}{2}$$

Sovella potenssisääntöä $$$\int v^{n}\, dv = \frac{v^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ käyttäen $$$n=-2$$$:

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

Muista, että $$$v=\tan{\left(\frac{u}{2} \right)} - 1$$$:

$$- {\color{red}{v}}^{-1} = - {\color{red}{\left(\tan{\left(\frac{u}{2} \right)} - 1\right)}}^{-1}$$

Muista, että $$$u=2 x$$$:

$$- \left(-1 + \tan{\left(\frac{{\color{red}{u}}}{2} \right)}\right)^{-1} = - \left(-1 + \tan{\left(\frac{{\color{red}{\left(2 x\right)}}}{2} \right)}\right)^{-1}$$

Näin ollen,

$$\int{\frac{1}{1 - \sin{\left(2 x \right)}} d x} = - \frac{1}{\tan{\left(x \right)} - 1}$$

Lisää integrointivakio:

$$\int{\frac{1}{1 - \sin{\left(2 x \right)}} d x} = - \frac{1}{\tan{\left(x \right)} - 1}+C$$

$$$\int \frac{1}{1 - \sin{\left(2 x \right)}}\, dx = - \frac{1}{\tan{\left(x \right)} - 1} + C$$$A