Integrale di $$$\cot^{2}{\left(2 x \right)}$$$

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

Sia $$$u=2 x$$$.

Quindi $$$du=\left(2 x\right)^{\prime }dx = 2 dx$$$ (i passaggi si possono vedere »), e si ha che $$$dx = \frac{du}{2}$$$.

L'integrale può essere riscritto come

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

Applica la regola del fattore costante $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ con $$$c=\frac{1}{2}$$$ e $$$f{\left(u \right)} = \cot^{2}{\left(u \right)}$$$:

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

Sia $$$v=\cot{\left(u \right)}$$$.

Quindi $$$dv=\left(\cot{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = - \csc^{2}{\left(u \right)} du$$$ (i passaggi si possono vedere »), e si ha che $$$\csc^{2}{\left(u \right)} du = - dv$$$.

Quindi,

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

Applica la regola del fattore costante $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$ con $$$c=-1$$$ e $$$f{\left(v \right)} = \frac{v^{2}}{v^{2} + 1}$$$:

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

Riscrivi e separa la frazione:

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

Integra termine per termine:

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

Applica la regola della costante $$$\int c\, dv = c v$$$ con $$$c=1$$$:

$$\frac{\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v}}{2} - \frac{{\color{red}{\int{1 d v}}}}{2} = \frac{\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v}}{2} - \frac{{\color{red}{v}}}{2}$$

L'integrale di $$$\frac{1}{v^{2} + 1}$$$ è $$$\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v} = \operatorname{atan}{\left(v \right)}$$$:

$$- \frac{v}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v}}}}{2} = - \frac{v}{2} + \frac{{\color{red}{\operatorname{atan}{\left(v \right)}}}}{2}$$

Ricordiamo che $$$v=\cot{\left(u \right)}$$$:

$$\frac{\operatorname{atan}{\left({\color{red}{v}} \right)}}{2} - \frac{{\color{red}{v}}}{2} = \frac{\operatorname{atan}{\left({\color{red}{\cot{\left(u \right)}}} \right)}}{2} - \frac{{\color{red}{\cot{\left(u \right)}}}}{2}$$

Ricordiamo che $$$u=2 x$$$:

$$- \frac{\cot{\left({\color{red}{u}} \right)}}{2} + \frac{\operatorname{atan}{\left(\cot{\left({\color{red}{u}} \right)} \right)}}{2} = - \frac{\cot{\left({\color{red}{\left(2 x\right)}} \right)}}{2} + \frac{\operatorname{atan}{\left(\cot{\left({\color{red}{\left(2 x\right)}} \right)} \right)}}{2}$$

Pertanto,

$$\int{\cot^{2}{\left(2 x \right)} d x} = - \frac{\cot{\left(2 x \right)}}{2} + \frac{\operatorname{atan}{\left(\cot{\left(2 x \right)} \right)}}{2}$$

Semplifica:

$$\int{\cot^{2}{\left(2 x \right)} d x} = \frac{- \cot{\left(2 x \right)} + \operatorname{atan}{\left(\cot{\left(2 x \right)} \right)}}{2}$$

Aggiungi la costante di integrazione:

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

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