$$$\cos^{6}{\left(3 x \right)}$$$の積分

この計算機は、手順を示しながら$$$\cos^{6}{\left(3 x \right)}$$$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

$$$\int \cos^{6}{\left(3 x \right)}\, dx$$$ を求めよ。

解答

$$$u=3 x$$$ 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、

$${\color{red}{\int{\cos^{6}{\left(3 x \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\cos^{6}{\left(u \right)}}{3} d u}}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{1}{3}$$$$$$f{\left(u \right)} = \cos^{6}{\left(u \right)}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{\frac{\cos^{6}{\left(u \right)}}{3} d u}}} = {\color{red}{\left(\frac{\int{\cos^{6}{\left(u \right)} d u}}{3}\right)}}$$

冪低減公式 $$$\cos^{6}{\left(\alpha \right)} = \frac{15 \cos{\left(2 \alpha \right)}}{32} + \frac{3 \cos{\left(4 \alpha \right)}}{16} + \frac{\cos{\left(6 \alpha \right)}}{32} + \frac{5}{16}$$$$$$\alpha= u $$$ に適用する:

$$\frac{{\color{red}{\int{\cos^{6}{\left(u \right)} d u}}}}{3} = \frac{{\color{red}{\int{\left(\frac{15 \cos{\left(2 u \right)}}{32} + \frac{3 \cos{\left(4 u \right)}}{16} + \frac{\cos{\left(6 u \right)}}{32} + \frac{5}{16}\right)d u}}}}{3}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{1}{32}$$$$$$f{\left(u \right)} = 15 \cos{\left(2 u \right)} + 6 \cos{\left(4 u \right)} + \cos{\left(6 u \right)} + 10$$$ に対して適用する:

$$\frac{{\color{red}{\int{\left(\frac{15 \cos{\left(2 u \right)}}{32} + \frac{3 \cos{\left(4 u \right)}}{16} + \frac{\cos{\left(6 u \right)}}{32} + \frac{5}{16}\right)d u}}}}{3} = \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\left(15 \cos{\left(2 u \right)} + 6 \cos{\left(4 u \right)} + \cos{\left(6 u \right)} + 10\right)d u}}{32}\right)}}}{3}$$

項別に積分せよ:

$$\frac{{\color{red}{\int{\left(15 \cos{\left(2 u \right)} + 6 \cos{\left(4 u \right)} + \cos{\left(6 u \right)} + 10\right)d u}}}}{96} = \frac{{\color{red}{\left(\int{10 d u} + \int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u} + \int{6 \cos{\left(4 u \right)} d u} + \int{\cos{\left(6 u \right)} d u}\right)}}}{96}$$

$$$c=10$$$ に対して定数則 $$$\int c\, du = c u$$$ を適用する:

$$\frac{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{6 \cos{\left(4 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{{\color{red}{\int{10 d u}}}}{96} = \frac{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{6 \cos{\left(4 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{{\color{red}{\left(10 u\right)}}}{96}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=6$$$$$$f{\left(u \right)} = \cos{\left(4 u \right)}$$$ に対して適用する:

$$\frac{5 u}{48} + \frac{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{{\color{red}{\int{6 \cos{\left(4 u \right)} d u}}}}{96} = \frac{5 u}{48} + \frac{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{{\color{red}{\left(6 \int{\cos{\left(4 u \right)} d u}\right)}}}{96}$$

$$$v=4 u$$$ とする。

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

したがって、

$$\frac{5 u}{48} + \frac{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}}}{16} = \frac{5 u}{48} + \frac{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(v \right)}}{4} d v}}}}{16}$$

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

$$\frac{5 u}{48} + \frac{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(v \right)}}{4} d v}}}}{16} = \frac{5 u}{48} + \frac{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}{4}\right)}}}{16}$$

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

$$\frac{5 u}{48} + \frac{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}}}{64} = \frac{5 u}{48} + \frac{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{{\color{red}{\sin{\left(v \right)}}}}{64}$$

次のことを思い出してください $$$v=4 u$$$:

$$\frac{5 u}{48} + \frac{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{\sin{\left({\color{red}{v}} \right)}}{64} = \frac{5 u}{48} + \frac{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{96} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{\sin{\left({\color{red}{\left(4 u\right)}} \right)}}{64}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=15$$$$$$f{\left(u \right)} = \cos{\left(2 u \right)}$$$ に対して適用する:

$$\frac{5 u}{48} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{{\color{red}{\int{15 \cos{\left(2 u \right)} d u}}}}{96} = \frac{5 u}{48} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{{\color{red}{\left(15 \int{\cos{\left(2 u \right)} d u}\right)}}}{96}$$

$$$v=2 u$$$ とする。

すると $$$dv=\left(2 u\right)^{\prime }du = 2 du$$$(手順は»で確認できます)、$$$du = \frac{dv}{2}$$$ となります。

この積分は次のように書き換えられる

$$\frac{5 u}{48} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{5 {\color{red}{\int{\cos{\left(2 u \right)} d u}}}}{32} = \frac{5 u}{48} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{5 {\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(v \right)}}{2} d v}}}}{32}$$

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

$$\frac{5 u}{48} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{5 {\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(v \right)}}{2} d v}}}}{32} = \frac{5 u}{48} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{5 {\color{red}{\left(\frac{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}{2}\right)}}}{32}$$

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

$$\frac{5 u}{48} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{5 {\color{red}{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}}}{64} = \frac{5 u}{48} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{5 {\color{red}{\sin{\left(v \right)}}}}{64}$$

次のことを思い出してください $$$v=2 u$$$:

$$\frac{5 u}{48} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{5 \sin{\left({\color{red}{v}} \right)}}{64} = \frac{5 u}{48} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}{96} + \frac{5 \sin{\left({\color{red}{\left(2 u\right)}} \right)}}{64}$$

$$$v=6 u$$$ とする。

すると $$$dv=\left(6 u\right)^{\prime }du = 6 du$$$(手順は»で確認できます)、$$$du = \frac{dv}{6}$$$ となります。

したがって、

$$\frac{5 u}{48} + \frac{5 \sin{\left(2 u \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(6 u \right)} d u}}}}{96} = \frac{5 u}{48} + \frac{5 \sin{\left(2 u \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(v \right)}}{6} d v}}}}{96}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$ を、$$$c=\frac{1}{6}$$$$$$f{\left(v \right)} = \cos{\left(v \right)}$$$ に対して適用する:

$$\frac{5 u}{48} + \frac{5 \sin{\left(2 u \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(v \right)}}{6} d v}}}}{96} = \frac{5 u}{48} + \frac{5 \sin{\left(2 u \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}{6}\right)}}}{96}$$

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

$$\frac{5 u}{48} + \frac{5 \sin{\left(2 u \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}}}{576} = \frac{5 u}{48} + \frac{5 \sin{\left(2 u \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{{\color{red}{\sin{\left(v \right)}}}}{576}$$

次のことを思い出してください $$$v=6 u$$$:

$$\frac{5 u}{48} + \frac{5 \sin{\left(2 u \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{\sin{\left({\color{red}{v}} \right)}}{576} = \frac{5 u}{48} + \frac{5 \sin{\left(2 u \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(4 u \right)}}{64} + \frac{\sin{\left({\color{red}{\left(6 u\right)}} \right)}}{576}$$

次のことを思い出してください $$$u=3 x$$$:

$$\frac{5 \sin{\left(2 {\color{red}{u}} \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(4 {\color{red}{u}} \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(6 {\color{red}{u}} \right)}}{576} + \frac{5 {\color{red}{u}}}{48} = \frac{5 \sin{\left(2 {\color{red}{\left(3 x\right)}} \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(4 {\color{red}{\left(3 x\right)}} \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(6 {\color{red}{\left(3 x\right)}} \right)}}{576} + \frac{5 {\color{red}{\left(3 x\right)}}}{48}$$

したがって、

$$\int{\cos^{6}{\left(3 x \right)} d x} = \frac{5 x}{16} + \frac{5 \sin{\left(6 x \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(12 x \right)}}{64} + \frac{\sin{\left(18 x \right)}}{576}$$

簡単化せよ:

$$\int{\cos^{6}{\left(3 x \right)} d x} = \frac{180 x + 45 \sin{\left(6 x \right)} + 9 \sin{\left(12 x \right)} + \sin{\left(18 x \right)}}{576}$$

積分定数を加える:

$$\int{\cos^{6}{\left(3 x \right)} d x} = \frac{180 x + 45 \sin{\left(6 x \right)} + 9 \sin{\left(12 x \right)} + \sin{\left(18 x \right)}}{576}+C$$

解答

$$$\int \cos^{6}{\left(3 x \right)}\, dx = \frac{180 x + 45 \sin{\left(6 x \right)} + 9 \sin{\left(12 x \right)} + \sin{\left(18 x \right)}}{576} + C$$$A