$$$\frac{b^{2} \sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(x \right)}}{a^{2}}$$$$$$x$$$ に関する積分

この計算機は、$$$x$$$ に関して $$$\frac{b^{2} \sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(x \right)}}{a^{2}}$$$ の積分/原始関数を、手順を示しながら求めます。

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

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

解答

被積分関数を書き換える:

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

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

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

二倍角の公式 $$$\sin\left(x \right)\cos\left(x \right)=\frac{1}{2}\sin\left( 2 x \right)$$$ を用いて被積分関数を書き換えます:

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

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

$$\frac{2 b^{2} {\color{red}{\int{\frac{\sin^{2}{\left(2 x \right)}}{4} d x}}}}{a^{2}} = \frac{2 b^{2} {\color{red}{\left(\frac{\int{\sin^{2}{\left(2 x \right)} d x}}{4}\right)}}}{a^{2}}$$

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

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

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

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

項別に積分せよ:

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

$$$c=1$$$ に対して定数則 $$$\int c\, dx = c x$$$ を適用する:

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

$$$u=4 x$$$ とする。

すると $$$du=\left(4 x\right)^{\prime }dx = 4 dx$$$(手順は»で確認できます)、$$$dx = \frac{du}{4}$$$ となります。

この積分は次のように書き換えられる

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

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

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

余弦の積分は$$$\int{\cos{\left(u \right)} d u} = \sin{\left(u \right)}$$$:

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

次のことを思い出してください $$$u=4 x$$$:

$$\frac{b^{2} \left(x - \frac{\sin{\left({\color{red}{u}} \right)}}{4}\right)}{4 a^{2}} = \frac{b^{2} \left(x - \frac{\sin{\left({\color{red}{\left(4 x\right)}} \right)}}{4}\right)}{4 a^{2}}$$

したがって、

$$\int{\frac{b^{2} \sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(x \right)}}{a^{2}} d x} = \frac{b^{2} \left(x - \frac{\sin{\left(4 x \right)}}{4}\right)}{4 a^{2}}$$

簡単化せよ:

$$\int{\frac{b^{2} \sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(x \right)}}{a^{2}} d x} = \frac{b^{2} \left(4 x - \sin{\left(4 x \right)}\right)}{16 a^{2}}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{b^{2} \sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(x \right)}}{a^{2}} d x} = \frac{b^{2} \left(4 x - \sin{\left(4 x \right)}\right)}{16 a^{2}}+C$$

解答

$$$\int \frac{b^{2} \sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \cos{\left(x \right)}}{a^{2}}\, dx = \frac{b^{2} \left(4 x - \sin{\left(4 x \right)}\right)}{16 a^{2}} + C$$$A