$$$\cos{\left(\theta \right)} \cot{\left(\theta \right)}$$$의 적분

$$$\int \cos{\left(\theta \right)} \cot{\left(\theta \right)}\, d\theta$$$을(를) 구하시오.

피적분함수를 다시 쓰십시오:

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

분자와 분모에 사인을 한 번씩 곱하고, $$$\alpha=\theta$$$에 대해 $$$\sin^2\left(\alpha \right)=-\cos^2\left(\alpha \right)+1$$$ 공식을 사용하여 나머지는 모두 코사인으로 나타내세요:

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

$$$u=\cos{\left(\theta \right)}$$$라 하자.

그러면 $$$du=\left(\cos{\left(\theta \right)}\right)^{\prime }d\theta = - \sin{\left(\theta \right)} d\theta$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$\sin{\left(\theta \right)} d\theta = - du$$$임을 얻습니다.

따라서,

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

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$을 $$$c=-1$$$와 $$$f{\left(u \right)} = \frac{u^{2}}{1 - u^{2}}$$$에 적용하세요:

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

분자의 차수가 분모의 차수보다 크거나 같으므로 다항식의 긴 나눗셈을 수행하십시오(단계는 »에서 볼 수 있습니다):

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

각 항별로 적분하십시오:

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

상수 법칙 $$$\int c\, du = c u$$$을 $$$c=1$$$에 적용하십시오:

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

부분분수분해를 수행합니다(단계는 »에서 볼 수 있습니다):

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

각 항별로 적분하십시오:

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

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

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

$$$v=u + 1$$$라 하자.

그러면 $$$dv=\left(u + 1\right)^{\prime }du = 1 du$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$du = dv$$$임을 얻습니다.

따라서,

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

$$$\frac{1}{v}$$$의 적분은 $$$\int{\frac{1}{v} d v} = \ln{\left(\left|{v}\right| \right)}$$$:

$$u + \int{\frac{1}{2 \left(u - 1\right)} d u} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}}}{2} = u + \int{\frac{1}{2 \left(u - 1\right)} d u} - \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{v}\right| \right)}}}}{2}$$

다음 $$$v=u + 1$$$을 기억하라:

$$u - \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{v}}}\right| \right)}}{2} + \int{\frac{1}{2 \left(u - 1\right)} d u} = u - \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(u + 1\right)}}}\right| \right)}}{2} + \int{\frac{1}{2 \left(u - 1\right)} d u}$$

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

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

$$$v=u - 1$$$라 하자.

그러면 $$$dv=\left(u - 1\right)^{\prime }du = 1 du$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$du = dv$$$임을 얻습니다.

적분은 다음과 같이 다시 쓸 수 있습니다.

$$u - \frac{\ln{\left(\left|{u + 1}\right| \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u - 1} d u}}}}{2} = u - \frac{\ln{\left(\left|{u + 1}\right| \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}}}{2}$$

$$$\frac{1}{v}$$$의 적분은 $$$\int{\frac{1}{v} d v} = \ln{\left(\left|{v}\right| \right)}$$$:

$$u - \frac{\ln{\left(\left|{u + 1}\right| \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}}}{2} = u - \frac{\ln{\left(\left|{u + 1}\right| \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{v}\right| \right)}}}}{2}$$

다음 $$$v=u - 1$$$을 기억하라:

$$u - \frac{\ln{\left(\left|{u + 1}\right| \right)}}{2} + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{v}}}\right| \right)}}{2} = u - \frac{\ln{\left(\left|{u + 1}\right| \right)}}{2} + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(u - 1\right)}}}\right| \right)}}{2}$$

다음 $$$u=\cos{\left(\theta \right)}$$$을 기억하라:

$$\frac{\ln{\left(\left|{-1 + {\color{red}{u}}}\right| \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\left|{1 + {\color{red}{u}}}\right| \right)}}{2} + {\color{red}{u}} = \frac{\ln{\left(\left|{-1 + {\color{red}{\cos{\left(\theta \right)}}}}\right| \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\left|{1 + {\color{red}{\cos{\left(\theta \right)}}}}\right| \right)}}{2} + {\color{red}{\cos{\left(\theta \right)}}}$$

따라서,

$$\int{\cos{\left(\theta \right)} \cot{\left(\theta \right)} d \theta} = \frac{\ln{\left(\left|{\cos{\left(\theta \right)} - 1}\right| \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\left|{\cos{\left(\theta \right)} + 1}\right| \right)}}{2} + \cos{\left(\theta \right)}$$

적분 상수를 추가하세요:

$$\int{\cos{\left(\theta \right)} \cot{\left(\theta \right)} d \theta} = \frac{\ln{\left(\left|{\cos{\left(\theta \right)} - 1}\right| \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\left|{\cos{\left(\theta \right)} + 1}\right| \right)}}{2} + \cos{\left(\theta \right)}+C$$

$$$\int \cos{\left(\theta \right)} \cot{\left(\theta \right)}\, d\theta = \left(\frac{\ln\left(\left|{\cos{\left(\theta \right)} - 1}\right|\right)}{2} - \frac{\ln\left(\left|{\cos{\left(\theta \right)} + 1}\right|\right)}{2} + \cos{\left(\theta \right)}\right) + C$$$A