Funktion $$$\frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}}$$$ integraali

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

Kirjoita integroituva funktio sekantin avulla uudelleen:

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

Ota kaksi sekanttia erilleen ja ilmaise kaikki muu tangenttifunktion avulla, käyttäen kaavaa $$$\sec^2\left( \alpha \right)=\tan^2\left( \alpha \right) + 1$$$, jossa $$$\alpha=a$$$:

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

Olkoon $$$u=\tan{\left(a \right)}$$$.

Tällöin $$$du=\left(\tan{\left(a \right)}\right)^{\prime }da = \sec^{2}{\left(a \right)} da$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$\sec^{2}{\left(a \right)} da = du$$$.

Integraali voidaan kirjoittaa muotoon

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

Integroi termi kerrallaan:

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

Sovella vakiosääntöä $$$\int c\, du = c u$$$ käyttäen $$$c=1$$$:

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

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

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

Muista, että $$$u=\tan{\left(a \right)}$$$:

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

Näin ollen,

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

Lisää integrointivakio:

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

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