$$$\frac{\sqrt{2} \sin{\left(2 x \right)}}{\cos^{3}{\left(x \right)}}$$$の積分

この計算機は、手順を示しながら$$$\frac{\sqrt{2} \sin{\left(2 x \right)}}{\cos^{3}{\left(x \right)}}$$$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

$$$\int \frac{\sqrt{2} \sin{\left(2 x \right)}}{\cos^{3}{\left(x \right)}}\, dx$$$ を求めよ。

解答

被積分関数を書き換える:

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

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

$${\color{red}{\int{\frac{2 \sqrt{2} \sin{\left(x \right)}}{\cos^{2}{\left(x \right)}} d x}}} = {\color{red}{\left(2 \sqrt{2} \int{\frac{\sin{\left(x \right)}}{\cos^{2}{\left(x \right)}} d x}\right)}}$$

$$$u=\cos{\left(x \right)}$$$ とする。

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

したがって、

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

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

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

$$$n=-2$$$ 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:

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

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

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

したがって、

$$\int{\frac{\sqrt{2} \sin{\left(2 x \right)}}{\cos^{3}{\left(x \right)}} d x} = \frac{2 \sqrt{2}}{\cos{\left(x \right)}}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{\sqrt{2} \sin{\left(2 x \right)}}{\cos^{3}{\left(x \right)}} d x} = \frac{2 \sqrt{2}}{\cos{\left(x \right)}}+C$$

解答

$$$\int \frac{\sqrt{2} \sin{\left(2 x \right)}}{\cos^{3}{\left(x \right)}}\, dx = \frac{2 \sqrt{2}}{\cos{\left(x \right)}} + C$$$A


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