Funktion $$$\frac{1}{\cos{\left(3 x \right)} + 1}$$$ integraali

Määritä $$$\int \frac{1}{\cos{\left(3 x \right)} + 1}\, dx$$$.

Olkoon $$$u=3 x$$$.

Tällöin $$$du=\left(3 x\right)^{\prime }dx = 3 dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$dx = \frac{du}{3}$$$.

Integraali voidaan kirjoittaa muotoon

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

Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ käyttäen $$$c=\frac{1}{3}$$$ ja $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{\cos{\left(u \right)} + 1}$$$:

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

Kirjoita kosini uudelleen kaksoiskulman kaavan $$$\cos\left( u \right)=2\cos^2\left(\frac{ u }{2}\right)-1$$$ avulla ja sievennä:

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

Olkoon $$$v=\frac{u}{2}$$$.

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

Siis,

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

Kirjoita integroituva funktio sekantin avulla uudelleen:

$$\frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{\cos^{2}{\left(v \right)}} d v}}}}{3} = \frac{{\color{red}{\int{\sec^{2}{\left(v \right)} d v}}}}{3}$$

Funktion $$$\sec^{2}{\left(v \right)}$$$ integraali on $$$\int{\sec^{2}{\left(v \right)} d v} = \tan{\left(v \right)}$$$:

$$\frac{{\color{red}{\int{\sec^{2}{\left(v \right)} d v}}}}{3} = \frac{{\color{red}{\tan{\left(v \right)}}}}{3}$$

Muista, että $$$v=\frac{u}{2}$$$:

$$\frac{\tan{\left({\color{red}{v}} \right)}}{3} = \frac{\tan{\left({\color{red}{\left(\frac{u}{2}\right)}} \right)}}{3}$$

Muista, että $$$u=3 x$$$:

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

Näin ollen,

$$\int{\frac{1}{\cos{\left(3 x \right)} + 1} d x} = \frac{\tan{\left(\frac{3 x}{2} \right)}}{3}$$

Lisää integrointivakio:

$$\int{\frac{1}{\cos{\left(3 x \right)} + 1} d x} = \frac{\tan{\left(\frac{3 x}{2} \right)}}{3}+C$$

$$$\int \frac{1}{\cos{\left(3 x \right)} + 1}\, dx = \frac{\tan{\left(\frac{3 x}{2} \right)}}{3} + C$$$A