Funktion $$$\cot^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)} \csc^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}$$$ integraali

Määritä $$$\int \cot^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)} \csc^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}\, dx$$$.

Olkoon $$$u=\cot{\left(\frac{x}{2} \right)}$$$.

Tällöin $$$du=\left(\cot{\left(\frac{x}{2} \right)}\right)^{\prime }dx = - \frac{\csc^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}}{2} dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$\csc^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)} dx = - 2 du$$$.

Integraali muuttuu muotoon

$${\color{red}{\int{\cot^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)} \csc^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(- 2 u^{2}\right)d u}}}$$

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

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

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

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

Muista, että $$$u=\cot{\left(\frac{x}{2} \right)}$$$:

$$- \frac{2 {\color{red}{u}}^{3}}{3} = - \frac{2 {\color{red}{\cot{\left(\frac{x}{2} \right)}}}^{3}}{3}$$

Näin ollen,

$$\int{\cot^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)} \csc^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)} d x} = - \frac{2 \cot^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}}{3}$$

Lisää integrointivakio:

$$\int{\cot^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)} \csc^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)} d x} = - \frac{2 \cot^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}}{3}+C$$

$$$\int \cot^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)} \csc^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)}\, dx = - \frac{2 \cot^{3}{\left(\frac{x}{2} \right)}}{3} + C$$$A