$$$\sin^{3}{\left(x \right)} \cos^{2}{\left(x \right)}$$$の積分
関連する計算機: 定積分・広義積分計算機
入力内容
$$$\int \sin^{3}{\left(x \right)} \cos^{2}{\left(x \right)}\, dx$$$ を求めよ。
解答
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。:
$${\color{red}{\int{\sin^{3}{\left(x \right)} \cos^{2}{\left(x \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(1 - \cos^{2}{\left(x \right)}\right) \sin{\left(x \right)} \cos^{2}{\left(x \right)} d x}}}$$
$$$u=\cos{\left(x \right)}$$$ 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。
この積分は次のように書き換えられる
$${\color{red}{\int{\left(1 - \cos^{2}{\left(x \right)}\right) \sin{\left(x \right)} \cos^{2}{\left(x \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(- u^{2} \left(1 - u^{2}\right)\right)d u}}}$$
定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=-1$$$ と $$$f{\left(u \right)} = u^{2} \left(1 - u^{2}\right)$$$ に対して適用する:
$${\color{red}{\int{\left(- u^{2} \left(1 - u^{2}\right)\right)d u}}} = {\color{red}{\left(- \int{u^{2} \left(1 - u^{2}\right) d u}\right)}}$$
Expand the expression:
$$- {\color{red}{\int{u^{2} \left(1 - u^{2}\right) d u}}} = - {\color{red}{\int{\left(- u^{4} + u^{2}\right)d u}}}$$
項別に積分せよ:
$$- {\color{red}{\int{\left(- u^{4} + u^{2}\right)d u}}} = - {\color{red}{\left(\int{u^{2} d u} - \int{u^{4} d u}\right)}}$$
$$$n=2$$$ 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:
$$\int{u^{4} d u} - {\color{red}{\int{u^{2} d u}}}=\int{u^{4} d u} - {\color{red}{\frac{u^{1 + 2}}{1 + 2}}}=\int{u^{4} d u} - {\color{red}{\left(\frac{u^{3}}{3}\right)}}$$
$$$n=4$$$ 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:
$$- \frac{u^{3}}{3} + {\color{red}{\int{u^{4} d u}}}=- \frac{u^{3}}{3} + {\color{red}{\frac{u^{1 + 4}}{1 + 4}}}=- \frac{u^{3}}{3} + {\color{red}{\left(\frac{u^{5}}{5}\right)}}$$
次のことを思い出してください $$$u=\cos{\left(x \right)}$$$:
$$- \frac{{\color{red}{u}}^{3}}{3} + \frac{{\color{red}{u}}^{5}}{5} = - \frac{{\color{red}{\cos{\left(x \right)}}}^{3}}{3} + \frac{{\color{red}{\cos{\left(x \right)}}}^{5}}{5}$$
したがって、
$$\int{\sin^{3}{\left(x \right)} \cos^{2}{\left(x \right)} d x} = \frac{\cos^{5}{\left(x \right)}}{5} - \frac{\cos^{3}{\left(x \right)}}{3}$$
積分定数を加える:
$$\int{\sin^{3}{\left(x \right)} \cos^{2}{\left(x \right)} d x} = \frac{\cos^{5}{\left(x \right)}}{5} - \frac{\cos^{3}{\left(x \right)}}{3}+C$$
解答
$$$\int \sin^{3}{\left(x \right)} \cos^{2}{\left(x \right)}\, dx = \left(\frac{\cos^{5}{\left(x \right)}}{5} - \frac{\cos^{3}{\left(x \right)}}{3}\right) + C$$$A