$$$\sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \tan{\left(1 \right)}$$$の積分

この計算機は、手順を示しながら$$$\sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \tan{\left(1 \right)}$$$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。

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入力内容

$$$\int \sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \tan{\left(1 \right)}\, dx$$$ を求めよ。

三角関数は引数をラジアンで解釈します。引数を度で入力するには、pi/180 を掛けてください。例えば 45° は 45*pi/180 と書きます。あるいは末尾に 'd' を付けた対応する関数を使います。例えば sin(45°) は sind(45) と書きます。

解答

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

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

式を展開:

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

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

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

項別に積分せよ:

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

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

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

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

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

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\tan{\left(1 \right)}$$$$$$f{\left(x \right)} = \cos{\left(3 x \right)}$$$ に対して適用する:

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

$$$u=3 x$$$ とする。

すると $$$du=\left(3 x\right)^{\prime }dx = 3 dx$$$(手順は»で確認できます)、$$$dx = \frac{du}{3}$$$ となります。

したがって、

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

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

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

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

$$\frac{\sin{\left(x \right)} \tan{\left(1 \right)}}{2} - \frac{\tan{\left(1 \right)} {\color{red}{\int{\cos{\left(u \right)} d u}}}}{6} = \frac{\sin{\left(x \right)} \tan{\left(1 \right)}}{2} - \frac{\tan{\left(1 \right)} {\color{red}{\sin{\left(u \right)}}}}{6}$$

次のことを思い出してください $$$u=3 x$$$:

$$\frac{\sin{\left(x \right)} \tan{\left(1 \right)}}{2} - \frac{\tan{\left(1 \right)} \sin{\left({\color{red}{u}} \right)}}{6} = \frac{\sin{\left(x \right)} \tan{\left(1 \right)}}{2} - \frac{\tan{\left(1 \right)} \sin{\left({\color{red}{\left(3 x\right)}} \right)}}{6}$$

したがって、

$$\int{\sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \tan{\left(1 \right)} d x} = \frac{\sin{\left(x \right)} \tan{\left(1 \right)}}{2} - \frac{\sin{\left(3 x \right)} \tan{\left(1 \right)}}{6}$$

簡単化せよ:

$$\int{\sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \tan{\left(1 \right)} d x} = \frac{\left(3 \sin{\left(x \right)} - \sin{\left(3 x \right)}\right) \tan{\left(1 \right)}}{6}$$

積分定数を加える:

$$\int{\sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \tan{\left(1 \right)} d x} = \frac{\left(3 \sin{\left(x \right)} - \sin{\left(3 x \right)}\right) \tan{\left(1 \right)}}{6}+C$$

解答

$$$\int \sin{\left(x \right)} \sin{\left(2 x \right)} \tan{\left(1 \right)}\, dx = \frac{\left(3 \sin{\left(x \right)} - \sin{\left(3 x \right)}\right) \tan{\left(1 \right)}}{6} + C$$$A


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