Integraali $$$\frac{1}{f \cos{\left(x \right)}}$$$:stä muuttujan $$$x$$$ suhteen

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

Kirjoita kosini sinin avulla kaavaa $$$\cos\left(x\right)=\sin\left(x + \frac{\pi}{2}\right)$$$ käyttäen ja kirjoita sitten sini uudelleen kaksinkertaisen kulman kaavaa $$$\sin\left(x\right)=2\sin\left(\frac{x}{2}\right)\cos\left(\frac{x}{2}\right)$$$ käyttäen:

$${\color{red}{\int{\frac{1}{f \cos{\left(x \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{1}{2 f \sin{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)} \cos{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}} d x}}}$$

Kerro osoittaja ja nimittäjä luvulla $$$\sec^2\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)$$$:

$${\color{red}{\int{\frac{1}{2 f \sin{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)} \cos{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\sec^{2}{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}{2 f \tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}} d x}}}$$

Olkoon $$$u=\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}$$$.

Tällöin $$$du=\left(\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}\right)^{\prime }dx = \frac{\sec^{2}{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}{2} dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$\sec^{2}{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)} dx = 2 du$$$.

Näin ollen,

$${\color{red}{\int{\frac{\sec^{2}{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}{2 f \tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{1}{f u} d u}}}$$

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

$${\color{red}{\int{\frac{1}{f u} d u}}} = {\color{red}{\frac{\int{\frac{1}{u} d u}}{f}}}$$

Funktion $$$\frac{1}{u}$$$ integraali on $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$:

$$\frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{f} = \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{f}$$

Muista, että $$$u=\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}$$$:

$$\frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{f} = \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}}}\right| \right)}}{f}$$

Näin ollen,

$$\int{\frac{1}{f \cos{\left(x \right)}} d x} = \frac{\ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}\right| \right)}}{f}$$

Lisää integrointivakio:

$$\int{\frac{1}{f \cos{\left(x \right)}} d x} = \frac{\ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}\right| \right)}}{f}+C$$

$$$\int \frac{1}{f \cos{\left(x \right)}}\, dx = \frac{\ln\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}\right|\right)}{f} + C$$$A