$$$\sqrt[4]{\sin{\left(x \right)}} \cos^{3}{\left(x \right)}$$$の積分
関連する計算機: 定積分・広義積分計算機
入力内容
$$$\int \sqrt[4]{\sin{\left(x \right)}} \cos^{3}{\left(x \right)}\, dx$$$ を求めよ。
解答
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。:
$${\color{red}{\int{\sqrt[4]{\sin{\left(x \right)}} \cos^{3}{\left(x \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(1 - \sin^{2}{\left(x \right)}\right) \sqrt[4]{\sin{\left(x \right)}} \cos{\left(x \right)} d x}}}$$
$$$u=\sin{\left(x \right)}$$$ 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、
$${\color{red}{\int{\left(1 - \sin^{2}{\left(x \right)}\right) \sqrt[4]{\sin{\left(x \right)}} \cos{\left(x \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\sqrt[4]{u} \left(1 - u^{2}\right) d u}}}$$
Expand the expression:
$${\color{red}{\int{\sqrt[4]{u} \left(1 - u^{2}\right) d u}}} = {\color{red}{\int{\left(- u^{\frac{9}{4}} + \sqrt[4]{u}\right)d u}}}$$
項別に積分せよ:
$${\color{red}{\int{\left(- u^{\frac{9}{4}} + \sqrt[4]{u}\right)d u}}} = {\color{red}{\left(\int{\sqrt[4]{u} d u} - \int{u^{\frac{9}{4}} d u}\right)}}$$
$$$n=\frac{1}{4}$$$ 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:
$$- \int{u^{\frac{9}{4}} d u} + {\color{red}{\int{\sqrt[4]{u} d u}}}=- \int{u^{\frac{9}{4}} d u} + {\color{red}{\int{u^{\frac{1}{4}} d u}}}=- \int{u^{\frac{9}{4}} d u} + {\color{red}{\frac{u^{\frac{1}{4} + 1}}{\frac{1}{4} + 1}}}=- \int{u^{\frac{9}{4}} d u} + {\color{red}{\left(\frac{4 u^{\frac{5}{4}}}{5}\right)}}$$
$$$n=\frac{9}{4}$$$ 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:
$$\frac{4 u^{\frac{5}{4}}}{5} - {\color{red}{\int{u^{\frac{9}{4}} d u}}}=\frac{4 u^{\frac{5}{4}}}{5} - {\color{red}{\frac{u^{1 + \frac{9}{4}}}{1 + \frac{9}{4}}}}=\frac{4 u^{\frac{5}{4}}}{5} - {\color{red}{\left(\frac{4 u^{\frac{13}{4}}}{13}\right)}}$$
次のことを思い出してください $$$u=\sin{\left(x \right)}$$$:
$$\frac{4 {\color{red}{u}}^{\frac{5}{4}}}{5} - \frac{4 {\color{red}{u}}^{\frac{13}{4}}}{13} = \frac{4 {\color{red}{\sin{\left(x \right)}}}^{\frac{5}{4}}}{5} - \frac{4 {\color{red}{\sin{\left(x \right)}}}^{\frac{13}{4}}}{13}$$
したがって、
$$\int{\sqrt[4]{\sin{\left(x \right)}} \cos^{3}{\left(x \right)} d x} = - \frac{4 \sin^{\frac{13}{4}}{\left(x \right)}}{13} + \frac{4 \sin^{\frac{5}{4}}{\left(x \right)}}{5}$$
簡単化せよ:
$$\int{\sqrt[4]{\sin{\left(x \right)}} \cos^{3}{\left(x \right)} d x} = \frac{4 \left(13 - 5 \sin^{2}{\left(x \right)}\right) \sin^{\frac{5}{4}}{\left(x \right)}}{65}$$
積分定数を加える:
$$\int{\sqrt[4]{\sin{\left(x \right)}} \cos^{3}{\left(x \right)} d x} = \frac{4 \left(13 - 5 \sin^{2}{\left(x \right)}\right) \sin^{\frac{5}{4}}{\left(x \right)}}{65}+C$$
解答
$$$\int \sqrt[4]{\sin{\left(x \right)}} \cos^{3}{\left(x \right)}\, dx = \frac{4 \left(13 - 5 \sin^{2}{\left(x \right)}\right) \sin^{\frac{5}{4}}{\left(x \right)}}{65} + C$$$A