Funktion $$$- x \cot{\left(x \right)} + x$$$ integraali
Aiheeseen liittyvä laskin: Määrättyjen ja epäoleellisten integraalien laskin
Syötteesi
Määritä $$$\int \left(- x \cot{\left(x \right)} + x\right)\, dx$$$.
Ratkaisu
Integroi termi kerrallaan:
$${\color{red}{\int{\left(- x \cot{\left(x \right)} + x\right)d x}}} = {\color{red}{\left(\int{x d x} - \int{x \cot{\left(x \right)} d x}\right)}}$$
Sovella potenssisääntöä $$$\int x^{n}\, dx = \frac{x^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ käyttäen $$$n=1$$$:
$$- \int{x \cot{\left(x \right)} d x} + {\color{red}{\int{x d x}}}=- \int{x \cot{\left(x \right)} d x} + {\color{red}{\frac{x^{1 + 1}}{1 + 1}}}=- \int{x \cot{\left(x \right)} d x} + {\color{red}{\left(\frac{x^{2}}{2}\right)}}$$
Integraalin $$$\int{x \cot{\left(x \right)} d x}$$$ kohdalla käytä osittaisintegrointia $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.
Olkoon $$$\operatorname{u}=x$$$ ja $$$\operatorname{dv}=\cot{\left(x \right)} dx$$$.
Tällöin $$$\operatorname{du}=\left(x\right)^{\prime }dx=1 dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja $$$\operatorname{v}=\int{\cot{\left(x \right)} d x}=\ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)}$$$ (vaiheet ovat nähtävissä »).
Siis,
$$\frac{x^{2}}{2} - {\color{red}{\int{x \cot{\left(x \right)} d x}}}=\frac{x^{2}}{2} - {\color{red}{\left(x \cdot \ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)}-\int{\ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)} \cdot 1 d x}\right)}}=\frac{x^{2}}{2} - {\color{red}{\left(x \ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)} - \int{\ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)} d x}\right)}}$$
Tälle integraalille ei ole olemassa suljettua muotoa:
$$\frac{x^{2}}{2} - x \ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)} + {\color{red}{\int{\ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)} d x}}} = \frac{x^{2}}{2} - x \ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)} + {\color{red}{\left(\frac{i x^{2}}{2} - x \ln{\left(1 - e^{2 i x} \right)} + x \ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)} + \frac{i \operatorname{Li}_{2}\left(e^{2 i x}\right)}{2}\right)}}$$
Näin ollen,
$$\int{\left(- x \cot{\left(x \right)} + x\right)d x} = \frac{x^{2}}{2} + \frac{i x^{2}}{2} - x \ln{\left(1 - e^{2 i x} \right)} + \frac{i \operatorname{Li}_{2}\left(e^{2 i x}\right)}{2}$$
Sievennä:
$$\int{\left(- x \cot{\left(x \right)} + x\right)d x} = \frac{x^{2} \left(1 + i\right)}{2} - x \ln{\left(1 - e^{2 i x} \right)} + \frac{i \operatorname{Li}_{2}\left(e^{2 i x}\right)}{2}$$
Lisää integrointivakio:
$$\int{\left(- x \cot{\left(x \right)} + x\right)d x} = \frac{x^{2} \left(1 + i\right)}{2} - x \ln{\left(1 - e^{2 i x} \right)} + \frac{i \operatorname{Li}_{2}\left(e^{2 i x}\right)}{2}+C$$
Vastaus
$$$\int \left(- x \cot{\left(x \right)} + x\right)\, dx = \left(\frac{x^{2} \left(1 + i\right)}{2} - x \ln\left(1 - e^{2 i x}\right) + \frac{i \operatorname{Li}_{2}\left(e^{2 i x}\right)}{2}\right) + C$$$A