$$$\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos^{2}{\left(2 x \right)}}{2}$$$の積分

この計算機は、手順を示しながら$$$\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos^{2}{\left(2 x \right)}}{2}$$$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。

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入力内容

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

解答

冪低減公式 $$$\cos^{2}{\left(\alpha \right)} = \frac{\cos{\left(2 \alpha \right)}}{2} + \frac{1}{2}$$$$$$\alpha=2 x$$$ に適用する:

$${\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos^{2}{\left(2 x \right)}}{2} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\left(\cos{\left(4 x \right)} + 1\right) \sin{\left(2 x \right)}}{4} d x}}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{2}$$$$$$f{\left(x \right)} = \frac{\left(\cos{\left(4 x \right)} + 1\right) \sin{\left(2 x \right)}}{2}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{\frac{\left(\cos{\left(4 x \right)} + 1\right) \sin{\left(2 x \right)}}{4} d x}}} = {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{\left(\cos{\left(4 x \right)} + 1\right) \sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}{2}\right)}}$$

Expand the expression:

$$\frac{{\color{red}{\int{\frac{\left(\cos{\left(4 x \right)} + 1\right) \sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}}}{2} = \frac{{\color{red}{\int{\left(\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} + \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2}\right)d x}}}}{2}$$

項別に積分せよ:

$$\frac{{\color{red}{\int{\left(\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} + \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2}\right)d x}}}}{2} = \frac{{\color{red}{\left(\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} d x} + \int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}\right)}}}{2}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{2}$$$$$$f{\left(x \right)} = \sin{\left(2 x \right)}$$$ に対して適用する:

$$\frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} d x}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}}}{2} = \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} d x}}{2} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\sin{\left(2 x \right)} d x}}{2}\right)}}}{2}$$

$$$u=2 x$$$ とする。

すると $$$du=\left(2 x\right)^{\prime }dx = 2 dx$$$(手順は»で確認できます)、$$$dx = \frac{du}{2}$$$ となります。

したがって、

$$\frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} d x}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(2 x \right)} d x}}}}{4} = \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} d x}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(u \right)}}{2} d u}}}}{4}$$

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

$$\frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} d x}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(u \right)}}{2} d u}}}}{4} = \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} d x}}{2} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\sin{\left(u \right)} d u}}{2}\right)}}}{4}$$

正弦関数の不定積分は$$$\int{\sin{\left(u \right)} d u} = - \cos{\left(u \right)}$$$です:

$$\frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} d x}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(u \right)} d u}}}}{8} = \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} d x}}{2} + \frac{{\color{red}{\left(- \cos{\left(u \right)}\right)}}}{8}$$

次のことを思い出してください $$$u=2 x$$$:

$$\frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} d x}}{2} - \frac{\cos{\left({\color{red}{u}} \right)}}{8} = \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} d x}}{2} - \frac{\cos{\left({\color{red}{\left(2 x\right)}} \right)}}{8}$$

$$$\sin\left(\alpha \right)\cos\left(\beta \right)=\frac{1}{2} \sin\left(\alpha-\beta \right)+\frac{1}{2} \sin\left(\alpha+\beta \right)$$$ の公式を用い、$$$\alpha=2 x$$$ および $$$\beta=4 x$$$ を用いて $$$\sin\left(2 x \right)\cos\left(4 x \right)$$$ を変形せよ:

$$- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(4 x \right)}}{2} d x}}}}{2} = - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{4} + \frac{\sin{\left(6 x \right)}}{4}\right)d x}}}}{2}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{2}$$$$$$f{\left(x \right)} = - \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} + \frac{\sin{\left(6 x \right)}}{2}$$$ に対して適用する:

$$- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{4} + \frac{\sin{\left(6 x \right)}}{4}\right)d x}}}}{2} = - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\left(- \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} + \frac{\sin{\left(6 x \right)}}{2}\right)d x}}{2}\right)}}}{2}$$

項別に積分せよ:

$$- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} + \frac{\sin{\left(6 x \right)}}{2}\right)d x}}}}{4} = - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} + \frac{{\color{red}{\left(- \int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x} + \int{\frac{\sin{\left(6 x \right)}}{2} d x}\right)}}}{4}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{2}$$$$$$f{\left(x \right)} = \sin{\left(6 x \right)}$$$ に対して適用する:

$$- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(6 x \right)}}{2} d x}}}}{4} = - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}{4} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\sin{\left(6 x \right)} d x}}{2}\right)}}}{4}$$

$$$u=6 x$$$ とする。

すると $$$du=\left(6 x\right)^{\prime }dx = 6 dx$$$(手順は»で確認できます)、$$$dx = \frac{du}{6}$$$ となります。

したがって、

$$- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(6 x \right)} d x}}}}{8} = - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(u \right)}}{6} d u}}}}{8}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{1}{6}$$$$$$f{\left(u \right)} = \sin{\left(u \right)}$$$ に対して適用する:

$$- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(u \right)}}{6} d u}}}}{8} = - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}{4} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\sin{\left(u \right)} d u}}{6}\right)}}}{8}$$

正弦関数の不定積分は$$$\int{\sin{\left(u \right)} d u} = - \cos{\left(u \right)}$$$です:

$$- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(u \right)} d u}}}}{48} = - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}{4} + \frac{{\color{red}{\left(- \cos{\left(u \right)}\right)}}}{48}$$

次のことを思い出してください $$$u=6 x$$$:

$$- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}{4} - \frac{\cos{\left({\color{red}{u}} \right)}}{48} = - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}{4} - \frac{\cos{\left({\color{red}{\left(6 x\right)}} \right)}}{48}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{2}$$$$$$f{\left(x \right)} = \sin{\left(2 x \right)}$$$ に対して適用する:

$$- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\cos{\left(6 x \right)}}{48} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} d x}}}}{4} = - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\cos{\left(6 x \right)}}{48} - \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\sin{\left(2 x \right)} d x}}{2}\right)}}}{4}$$

積分 $$$\int{\sin{\left(2 x \right)} d x}$$$ はすでに計算されています:

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

したがって、

$$- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\cos{\left(6 x \right)}}{48} - \frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(2 x \right)} d x}}}}{8} = - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{8} - \frac{\cos{\left(6 x \right)}}{48} - \frac{{\color{red}{\left(- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2}\right)}}}{8}$$

したがって、

$$\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos^{2}{\left(2 x \right)}}{2} d x} = - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{16} - \frac{\cos{\left(6 x \right)}}{48}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos^{2}{\left(2 x \right)}}{2} d x} = - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{16} - \frac{\cos{\left(6 x \right)}}{48}+C$$

解答

$$$\int \frac{\sin{\left(2 x \right)} \cos^{2}{\left(2 x \right)}}{2}\, dx = \left(- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{16} - \frac{\cos{\left(6 x \right)}}{48}\right) + C$$$A


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