$$$\sin^{2}{\left(x \right)} \tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)}$$$の積分

この計算機は、手順を示しながら$$$\sin^{2}{\left(x \right)} \tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)}$$$の不定積分(原始関数)を求めます。

関連する計算機: 定積分・広義積分計算機

$$$dx$$$$$$dy$$$ などの微分記号を使わずに書いてください。
自動検出のため、空欄のままにしてください。

計算機が計算を実行できなかった場合、エラーを見つけた場合、またはご提案・フィードバックがある場合は、お問い合わせください

入力内容

$$$\int \sin^{2}{\left(x \right)} \tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)}\, dx$$$ を求めよ。

解答

被積分関数を書き換える:

$${\color{red}{\int{\sin^{2}{\left(x \right)} \tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\sin^{3}{\left(x \right)}}{\cos^{3}{\left(x \right)}} d x}}}$$

正弦を1つ取り出し、残りは余弦で表し、$$$\alpha=x$$$ に対する公式 $$$\sin^2\left(\alpha \right)=-\cos^2\left(\alpha \right)+1$$$ を用いよ。:

$${\color{red}{\int{\frac{\sin^{3}{\left(x \right)}}{\cos^{3}{\left(x \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\left(1 - \cos^{2}{\left(x \right)}\right) \sin{\left(x \right)}}{\cos^{3}{\left(x \right)}} d x}}}$$

$$$u=\cos{\left(x \right)}$$$ とする。

すると $$$du=\left(\cos{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx = - \sin{\left(x \right)} dx$$$(手順は»で確認できます)、$$$\sin{\left(x \right)} dx = - du$$$ となります。

したがって、

$${\color{red}{\int{\frac{\left(1 - \cos^{2}{\left(x \right)}\right) \sin{\left(x \right)}}{\cos^{3}{\left(x \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(- \frac{1 - u^{2}}{u^{3}}\right)d u}}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=-1$$$$$$f{\left(u \right)} = \frac{1 - u^{2}}{u^{3}}$$$ に対して適用する:

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

Expand the expression:

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

項別に積分せよ:

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

$$$n=-3$$$ を用いて、べき乗の法則 $$$\int u^{n}\, du = \frac{u^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ を適用します:

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

$$$\frac{1}{u}$$$ の不定積分は $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$ です:

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

次のことを思い出してください $$$u=\cos{\left(x \right)}$$$:

$$\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} + \frac{{\color{red}{u}}^{-2}}{2} = \ln{\left(\left|{{\color{red}{\cos{\left(x \right)}}}}\right| \right)} + \frac{{\color{red}{\cos{\left(x \right)}}}^{-2}}{2}$$

したがって、

$$\int{\sin^{2}{\left(x \right)} \tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)} d x} = \ln{\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right| \right)} + \frac{1}{2 \cos^{2}{\left(x \right)}}$$

積分定数を加える:

$$\int{\sin^{2}{\left(x \right)} \tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)} d x} = \ln{\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right| \right)} + \frac{1}{2 \cos^{2}{\left(x \right)}}+C$$

解答

$$$\int \sin^{2}{\left(x \right)} \tan{\left(x \right)} \sec^{2}{\left(x \right)}\, dx = \left(\ln\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right|\right) + \frac{1}{2 \cos^{2}{\left(x \right)}}\right) + C$$$A


Please try a new game Rotatly