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

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

Sia $$$u=\frac{x}{2}$$$.

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

Quindi,

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

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

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

Applica la formula di riduzione della potenza per $$$\sin^{2}{\left(\alpha \right)} = \frac{1}{2} - \frac{\cos{\left(2 \alpha \right)}}{2}$$$ con $$$\alpha= u $$$:

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

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 $$$f{\left(u \right)} = 1 - \cos{\left(2 u \right)}$$$:

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

Integra termine per termine:

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

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

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

Sia $$$v=2 u$$$.

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

Pertanto,

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

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

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

L'integrale del coseno è $$$\int{\cos{\left(v \right)} d v} = \sin{\left(v \right)}$$$:

$$u - \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}}}{2} = u - \frac{{\color{red}{\sin{\left(v \right)}}}}{2}$$

Ricordiamo che $$$v=2 u$$$:

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

Ricordiamo che $$$u=\frac{x}{2}$$$:

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

Pertanto,

$$\int{\sin^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)} d x} = \frac{x}{2} - \frac{\sin{\left(x \right)}}{2}$$

Semplifica:

$$\int{\sin^{2}{\left(\frac{x}{2} \right)} d x} = \frac{x - \sin{\left(x \right)}}{2}$$

Aggiungi la costante di integrazione:

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

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