$$$\tan^{2}{\left(x \right)}$$$の積分

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

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$$$dx$$$$$$dy$$$ 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

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

解答

$$$u=\tan{\left(x \right)}$$$ とする。

すると $$$x=\operatorname{atan}{\left(u \right)}$$$ および $$$dx=\left(\operatorname{atan}{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = \frac{du}{u^{2} + 1}$$$(手順は»で確認できます)。

したがって、

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

分数を変形して分解する:

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

項別に積分せよ:

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

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

$$- \int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} + {\color{red}{\int{1 d u}}} = - \int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} + {\color{red}{u}}$$

$$$\frac{1}{u^{2} + 1}$$$ の不定積分は $$$\int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} = \operatorname{atan}{\left(u \right)}$$$ です:

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

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

$$- \operatorname{atan}{\left({\color{red}{u}} \right)} + {\color{red}{u}} = - \operatorname{atan}{\left({\color{red}{\tan{\left(x \right)}}} \right)} + {\color{red}{\tan{\left(x \right)}}}$$

したがって、

$$\int{\tan^{2}{\left(x \right)} d x} = \tan{\left(x \right)} - \operatorname{atan}{\left(\tan{\left(x \right)} \right)}$$

簡単化せよ:

$$\int{\tan^{2}{\left(x \right)} d x} = - x + \tan{\left(x \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{\tan^{2}{\left(x \right)} d x} = - x + \tan{\left(x \right)}+C$$

解答

$$$\int \tan^{2}{\left(x \right)}\, dx = \left(- x + \tan{\left(x \right)}\right) + C$$$A


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