Integrale di $$$\sqrt{x^{2} - 1}$$$

Trova $$$\int \sqrt{x^{2} - 1}\, dx$$$.

Sia $$$x=\cosh{\left(u \right)}$$$.

Quindi $$$dx=\left(\cosh{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = \sinh{\left(u \right)} du$$$ (i passaggi possono essere visti »).

Inoltre, ne consegue che $$$u=\operatorname{acosh}{\left(x \right)}$$$.

Quindi,

$$$\sqrt{x^{2} - 1} = \sqrt{\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1}$$$

Usa l'identità $$$\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1 = \sinh^{2}{\left( u \right)}$$$:

$$$\sqrt{\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1}=\sqrt{\sinh^{2}{\left( u \right)}}$$$

Assumendo che $$$\sinh{\left( u \right)} \ge 0$$$, otteniamo quanto segue:

$$$\sqrt{\sinh^{2}{\left( u \right)}} = \sinh{\left( u \right)}$$$

Quindi,

$${\color{red}{\int{\sqrt{x^{2} - 1} d x}}} = {\color{red}{\int{\sinh^{2}{\left(u \right)} d u}}}$$

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

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

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

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

Integra termine per termine:

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

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

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

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

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

Quindi,

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

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

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

L'integrale del coseno iperbolico è $$$\int{\cosh{\left(v \right)} d v} = \sinh{\left(v \right)}$$$:

$$- \frac{u}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\cosh{\left(v \right)} d v}}}}{4} = - \frac{u}{2} + \frac{{\color{red}{\sinh{\left(v \right)}}}}{4}$$

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

$$- \frac{u}{2} + \frac{\sinh{\left({\color{red}{v}} \right)}}{4} = - \frac{u}{2} + \frac{\sinh{\left({\color{red}{\left(2 u\right)}} \right)}}{4}$$

Ricordiamo che $$$u=\operatorname{acosh}{\left(x \right)}$$$:

$$\frac{\sinh{\left(2 {\color{red}{u}} \right)}}{4} - \frac{{\color{red}{u}}}{2} = \frac{\sinh{\left(2 {\color{red}{\operatorname{acosh}{\left(x \right)}}} \right)}}{4} - \frac{{\color{red}{\operatorname{acosh}{\left(x \right)}}}}{2}$$

Pertanto,

$$\int{\sqrt{x^{2} - 1} d x} = \frac{\sinh{\left(2 \operatorname{acosh}{\left(x \right)} \right)}}{4} - \frac{\operatorname{acosh}{\left(x \right)}}{2}$$

Usando le formule $$$\sin{\left(2 \operatorname{asin}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{1 - \alpha^{2}}$$$, $$$\sin{\left(2 \operatorname{acos}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{1 - \alpha^{2}}$$$, $$$\cos{\left(2 \operatorname{asin}{\left(\alpha \right)} \right)} = 1 - 2 \alpha^{2}$$$, $$$\cos{\left(2 \operatorname{acos}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha^{2} - 1$$$, $$$\sinh{\left(2 \operatorname{asinh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{\alpha^{2} + 1}$$$, $$$\sinh{\left(2 \operatorname{acosh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{\alpha - 1} \sqrt{\alpha + 1}$$$, $$$\cosh{\left(2 \operatorname{asinh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha^{2} + 1$$$, $$$\cosh{\left(2 \operatorname{acosh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha^{2} - 1$$$, semplifica l’espressione:

$$\int{\sqrt{x^{2} - 1} d x} = \frac{x \sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1}}{2} - \frac{\operatorname{acosh}{\left(x \right)}}{2}$$

Semplifica ulteriormente:

$$\int{\sqrt{x^{2} - 1} d x} = \frac{x \sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1} - \operatorname{acosh}{\left(x \right)}}{2}$$

Aggiungi la costante di integrazione:

$$\int{\sqrt{x^{2} - 1} d x} = \frac{x \sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1} - \operatorname{acosh}{\left(x \right)}}{2}+C$$

$$$\int \sqrt{x^{2} - 1}\, dx = \frac{x \sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1} - \operatorname{acosh}{\left(x \right)}}{2} + C$$$A