Integrale di $$$\sec^{4}{\left(\theta \right)}$$$

Trova $$$\int \sec^{4}{\left(\theta \right)}\, d\theta$$$.

Estrai due secanti e scrivi tutto il resto in termini della tangente, usando la formula $$$\sec^2\left( \alpha \right)=\tan^2\left( \alpha \right) + 1$$$ con $$$\alpha=\theta$$$:

$${\color{red}{\int{\sec^{4}{\left(\theta \right)} d \theta}}} = {\color{red}{\int{\left(\tan^{2}{\left(\theta \right)} + 1\right) \sec^{2}{\left(\theta \right)} d \theta}}}$$

Sia $$$u=\tan{\left(\theta \right)}$$$.

Quindi $$$du=\left(\tan{\left(\theta \right)}\right)^{\prime }d\theta = \sec^{2}{\left(\theta \right)} d\theta$$$ (i passaggi si possono vedere »), e si ha che $$$\sec^{2}{\left(\theta \right)} d\theta = du$$$.

L'integrale può essere riscritto come

$${\color{red}{\int{\left(\tan^{2}{\left(\theta \right)} + 1\right) \sec^{2}{\left(\theta \right)} d \theta}}} = {\color{red}{\int{\left(u^{2} + 1\right)d u}}}$$

Integra termine per termine:

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

Applica la regola della costante $$$\int c\, du = c u$$$ con $$$c=1$$$:

$$\int{u^{2} d u} + {\color{red}{\int{1 d u}}} = \int{u^{2} d u} + {\color{red}{u}}$$

Applica la regola della potenza $$$\int u^{n}\, du = \frac{u^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ con $$$n=2$$$:

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

Ricordiamo che $$$u=\tan{\left(\theta \right)}$$$:

$${\color{red}{u}} + \frac{{\color{red}{u}}^{3}}{3} = {\color{red}{\tan{\left(\theta \right)}}} + \frac{{\color{red}{\tan{\left(\theta \right)}}}^{3}}{3}$$

Pertanto,

$$\int{\sec^{4}{\left(\theta \right)} d \theta} = \frac{\tan^{3}{\left(\theta \right)}}{3} + \tan{\left(\theta \right)}$$

Aggiungi la costante di integrazione:

$$\int{\sec^{4}{\left(\theta \right)} d \theta} = \frac{\tan^{3}{\left(\theta \right)}}{3} + \tan{\left(\theta \right)}+C$$

$$$\int \sec^{4}{\left(\theta \right)}\, d\theta = \left(\frac{\tan^{3}{\left(\theta \right)}}{3} + \tan{\left(\theta \right)}\right) + C$$$A