$$$\left(1 - x^{2}\right)^{\frac{3}{2}}$$$의 적분

$$$\int \left(1 - x^{2}\right)^{\frac{3}{2}}\, dx$$$을(를) 구하시오.

$$$x=\sin{\left(u \right)}$$$라 하자.

따라서 $$$dx=\left(\sin{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = \cos{\left(u \right)} du$$$ (풀이 과정은 »에서 볼 수 있습니다).

또한 $$$u=\operatorname{asin}{\left(x \right)}$$$가 성립한다.

따라서,

$$$\left(1 - x^{2}\right)^{\frac{3}{2}} = \left(1 - \sin^{2}{\left( u \right)}\right)^{\frac{3}{2}}$$$

$$$1 - \sin^{2}{\left( u \right)} = \cos^{2}{\left( u \right)}$$$ 항등식을 사용하시오:

$$$\left(1 - \sin^{2}{\left( u \right)}\right)^{\frac{3}{2}}=\left(\cos^{2}{\left( u \right)}\right)^{\frac{3}{2}}$$$

$$$\cos{\left( u \right)} \ge 0$$$라고 가정하면, 다음을 얻습니다:

$$$\left(\cos^{2}{\left( u \right)}\right)^{\frac{3}{2}} = \cos^{3}{\left( u \right)}$$$

적분은 다음과 같이 다시 쓸 수 있습니다

$${\color{red}{\int{\left(1 - x^{2}\right)^{\frac{3}{2}} d x}}} = {\color{red}{\int{\cos^{4}{\left(u \right)} d u}}}$$

멱 감소 공식 $$$\cos^{4}{\left(\alpha \right)} = \frac{\cos{\left(2 \alpha \right)}}{2} + \frac{\cos{\left(4 \alpha \right)}}{8} + \frac{3}{8}$$$를 $$$\alpha= u $$$에 적용하세요:

$${\color{red}{\int{\cos^{4}{\left(u \right)} d u}}} = {\color{red}{\int{\left(\frac{\cos{\left(2 u \right)}}{2} + \frac{\cos{\left(4 u \right)}}{8} + \frac{3}{8}\right)d u}}}$$

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$을 $$$c=\frac{1}{8}$$$와 $$$f{\left(u \right)} = 4 \cos{\left(2 u \right)} + \cos{\left(4 u \right)} + 3$$$에 적용하세요:

$${\color{red}{\int{\left(\frac{\cos{\left(2 u \right)}}{2} + \frac{\cos{\left(4 u \right)}}{8} + \frac{3}{8}\right)d u}}} = {\color{red}{\left(\frac{\int{\left(4 \cos{\left(2 u \right)} + \cos{\left(4 u \right)} + 3\right)d u}}{8}\right)}}$$

각 항별로 적분하십시오:

$$\frac{{\color{red}{\int{\left(4 \cos{\left(2 u \right)} + \cos{\left(4 u \right)} + 3\right)d u}}}}{8} = \frac{{\color{red}{\left(\int{3 d u} + \int{4 \cos{\left(2 u \right)} d u} + \int{\cos{\left(4 u \right)} d u}\right)}}}{8}$$

상수 법칙 $$$\int c\, du = c u$$$을 $$$c=3$$$에 적용하십시오:

$$\frac{\int{4 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{3 d u}}}}{8} = \frac{\int{4 \cos{\left(2 u \right)} d u}}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}{8} + \frac{{\color{red}{\left(3 u\right)}}}{8}$$

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$을 $$$c=4$$$와 $$$f{\left(u \right)} = \cos{\left(2 u \right)}$$$에 적용하세요:

$$\frac{3 u}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{4 \cos{\left(2 u \right)} d u}}}}{8} = \frac{3 u}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}{8} + \frac{{\color{red}{\left(4 \int{\cos{\left(2 u \right)} d u}\right)}}}{8}$$

$$$v=2 u$$$라 하자.

그러면 $$$dv=\left(2 u\right)^{\prime }du = 2 du$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$du = \frac{dv}{2}$$$임을 얻습니다.

따라서,

$$\frac{3 u}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(2 u \right)} d u}}}}{2} = \frac{3 u}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(v \right)}}{2} d v}}}}{2}$$

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$을 $$$c=\frac{1}{2}$$$와 $$$f{\left(v \right)} = \cos{\left(v \right)}$$$에 적용하세요:

$$\frac{3 u}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(v \right)}}{2} d v}}}}{2} = \frac{3 u}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}{8} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}{2}\right)}}}{2}$$

코사인의 적분은 $$$\int{\cos{\left(v \right)} d v} = \sin{\left(v \right)}$$$:

$$\frac{3 u}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}{8} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}}}{4} = \frac{3 u}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}{8} + \frac{{\color{red}{\sin{\left(v \right)}}}}{4}$$

다음 $$$v=2 u$$$을 기억하라:

$$\frac{3 u}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}{8} + \frac{\sin{\left({\color{red}{v}} \right)}}{4} = \frac{3 u}{8} + \frac{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}{8} + \frac{\sin{\left({\color{red}{\left(2 u\right)}} \right)}}{4}$$

$$$v=4 u$$$라 하자.

그러면 $$$dv=\left(4 u\right)^{\prime }du = 4 du$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$du = \frac{dv}{4}$$$임을 얻습니다.

따라서,

$$\frac{3 u}{8} + \frac{\sin{\left(2 u \right)}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(4 u \right)} d u}}}}{8} = \frac{3 u}{8} + \frac{\sin{\left(2 u \right)}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(v \right)}}{4} d v}}}}{8}$$

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$을 $$$c=\frac{1}{4}$$$와 $$$f{\left(v \right)} = \cos{\left(v \right)}$$$에 적용하세요:

$$\frac{3 u}{8} + \frac{\sin{\left(2 u \right)}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(v \right)}}{4} d v}}}}{8} = \frac{3 u}{8} + \frac{\sin{\left(2 u \right)}}{4} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}{4}\right)}}}{8}$$

코사인의 적분은 $$$\int{\cos{\left(v \right)} d v} = \sin{\left(v \right)}$$$:

$$\frac{3 u}{8} + \frac{\sin{\left(2 u \right)}}{4} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}}}{32} = \frac{3 u}{8} + \frac{\sin{\left(2 u \right)}}{4} + \frac{{\color{red}{\sin{\left(v \right)}}}}{32}$$

다음 $$$v=4 u$$$을 기억하라:

$$\frac{3 u}{8} + \frac{\sin{\left(2 u \right)}}{4} + \frac{\sin{\left({\color{red}{v}} \right)}}{32} = \frac{3 u}{8} + \frac{\sin{\left(2 u \right)}}{4} + \frac{\sin{\left({\color{red}{\left(4 u\right)}} \right)}}{32}$$

다음 $$$u=\operatorname{asin}{\left(x \right)}$$$을 기억하라:

$$\frac{\sin{\left(2 {\color{red}{u}} \right)}}{4} + \frac{\sin{\left(4 {\color{red}{u}} \right)}}{32} + \frac{3 {\color{red}{u}}}{8} = \frac{\sin{\left(2 {\color{red}{\operatorname{asin}{\left(x \right)}}} \right)}}{4} + \frac{\sin{\left(4 {\color{red}{\operatorname{asin}{\left(x \right)}}} \right)}}{32} + \frac{3 {\color{red}{\operatorname{asin}{\left(x \right)}}}}{8}$$

따라서,

$$\int{\left(1 - x^{2}\right)^{\frac{3}{2}} d x} = \frac{\sin{\left(2 \operatorname{asin}{\left(x \right)} \right)}}{4} + \frac{\sin{\left(4 \operatorname{asin}{\left(x \right)} \right)}}{32} + \frac{3 \operatorname{asin}{\left(x \right)}}{8}$$

공식 $$$\sin{\left(2 \operatorname{asin}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{1 - \alpha^{2}}$$$, $$$\sin{\left(2 \operatorname{acos}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{1 - \alpha^{2}}$$$, $$$\cos{\left(2 \operatorname{asin}{\left(\alpha \right)} \right)} = 1 - 2 \alpha^{2}$$$, $$$\cos{\left(2 \operatorname{acos}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha^{2} - 1$$$, $$$\sinh{\left(2 \operatorname{asinh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{\alpha^{2} + 1}$$$, $$$\sinh{\left(2 \operatorname{acosh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{\alpha - 1} \sqrt{\alpha + 1}$$$, $$$\cosh{\left(2 \operatorname{asinh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha^{2} + 1$$$, $$$\cosh{\left(2 \operatorname{acosh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha^{2} - 1$$$을 사용하여 식을 간단히 하십시오:

$$\int{\left(1 - x^{2}\right)^{\frac{3}{2}} d x} = \frac{x \sqrt{1 - x^{2}}}{2} + \frac{\sin{\left(4 \operatorname{asin}{\left(x \right)} \right)}}{32} + \frac{3 \operatorname{asin}{\left(x \right)}}{8}$$

더 단순화하십시오:

$$\int{\left(1 - x^{2}\right)^{\frac{3}{2}} d x} = - \frac{x^{3} \sqrt{1 - x^{2}}}{4} + \frac{5 x \sqrt{1 - x^{2}}}{8} + \frac{3 \operatorname{asin}{\left(x \right)}}{8}$$

적분 상수를 추가하세요:

$$\int{\left(1 - x^{2}\right)^{\frac{3}{2}} d x} = - \frac{x^{3} \sqrt{1 - x^{2}}}{4} + \frac{5 x \sqrt{1 - x^{2}}}{8} + \frac{3 \operatorname{asin}{\left(x \right)}}{8}+C$$

$$$\int \left(1 - x^{2}\right)^{\frac{3}{2}}\, dx = \left(- \frac{x^{3} \sqrt{1 - x^{2}}}{4} + \frac{5 x \sqrt{1 - x^{2}}}{8} + \frac{3 \operatorname{asin}{\left(x \right)}}{8}\right) + C$$$A