$$$\cos^{3}{\left(x \right)}$$$の積分

$$$\int \cos^{3}{\left(x \right)}\, dx$$$ を求めよ。

余弦を1つ取り出し、$$$\alpha=x$$$ を用いた公式 $$$\cos^2\left(\alpha \right)=-\sin^2\left(\alpha \right)+1$$$ により、残りはすべて正弦で表せ。:

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

$$$u=\sin{\left(x \right)}$$$ とする。

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

したがって、

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

項別に積分せよ:

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

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

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

$$$n=2$$$ 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:

$$u - {\color{red}{\int{u^{2} d u}}}=u - {\color{red}{\frac{u^{1 + 2}}{1 + 2}}}=u - {\color{red}{\left(\frac{u^{3}}{3}\right)}}$$

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

$${\color{red}{u}} - \frac{{\color{red}{u}}^{3}}{3} = {\color{red}{\sin{\left(x \right)}}} - \frac{{\color{red}{\sin{\left(x \right)}}}^{3}}{3}$$

したがって、

$$\int{\cos^{3}{\left(x \right)} d x} = - \frac{\sin^{3}{\left(x \right)}}{3} + \sin{\left(x \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{\cos^{3}{\left(x \right)} d x} = - \frac{\sin^{3}{\left(x \right)}}{3} + \sin{\left(x \right)}+C$$

$$$\int \cos^{3}{\left(x \right)}\, dx = \left(- \frac{\sin^{3}{\left(x \right)}}{3} + \sin{\left(x \right)}\right) + C$$$A