$$$\cot^{4}{\left(2 x \right)}$$$의 적분

$$$\int \cot^{4}{\left(2 x \right)}\, dx$$$을(를) 구하시오.

$$$u=2 x$$$라 하자.

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

적분은 다음과 같이 됩니다.

$${\color{red}{\int{\cot^{4}{\left(2 x \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\cot^{4}{\left(u \right)}}{2} d u}}}$$

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

$${\color{red}{\int{\frac{\cot^{4}{\left(u \right)}}{2} d u}}} = {\color{red}{\left(\frac{\int{\cot^{4}{\left(u \right)} d u}}{2}\right)}}$$

$$$v=\cot{\left(u \right)}$$$라 하자.

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

따라서,

$$\frac{{\color{red}{\int{\cot^{4}{\left(u \right)} d u}}}}{2} = \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{v^{4}}{v^{2} + 1}\right)d v}}}}{2}$$

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$을 $$$c=-1$$$와 $$$f{\left(v \right)} = \frac{v^{4}}{v^{2} + 1}$$$에 적용하세요:

$$\frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{v^{4}}{v^{2} + 1}\right)d v}}}}{2} = \frac{{\color{red}{\left(- \int{\frac{v^{4}}{v^{2} + 1} d v}\right)}}}{2}$$

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

$$- \frac{{\color{red}{\int{\frac{v^{4}}{v^{2} + 1} d v}}}}{2} = - \frac{{\color{red}{\int{\left(v^{2} - 1 + \frac{1}{v^{2} + 1}\right)d v}}}}{2}$$

각 항별로 적분하십시오:

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

상수 법칙 $$$\int c\, dv = c v$$$을 $$$c=1$$$에 적용하십시오:

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

멱법칙($$$\int v^{n}\, dv = \frac{v^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$)을 $$$n=2$$$에 적용합니다:

$$\frac{v}{2} - \frac{\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v}}{2} - \frac{{\color{red}{\int{v^{2} d v}}}}{2}=\frac{v}{2} - \frac{\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v}}{2} - \frac{{\color{red}{\frac{v^{1 + 2}}{1 + 2}}}}{2}=\frac{v}{2} - \frac{\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v}}{2} - \frac{{\color{red}{\left(\frac{v^{3}}{3}\right)}}}{2}$$

$$$\frac{1}{v^{2} + 1}$$$의 적분은 $$$\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v} = \operatorname{atan}{\left(v \right)}$$$:

$$- \frac{v^{3}}{6} + \frac{v}{2} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v}}}}{2} = - \frac{v^{3}}{6} + \frac{v}{2} - \frac{{\color{red}{\operatorname{atan}{\left(v \right)}}}}{2}$$

다음 $$$v=\cot{\left(u \right)}$$$을 기억하라:

$$- \frac{\operatorname{atan}{\left({\color{red}{v}} \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{v}}}{2} - \frac{{\color{red}{v}}^{3}}{6} = - \frac{\operatorname{atan}{\left({\color{red}{\cot{\left(u \right)}}} \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\cot{\left(u \right)}}}}{2} - \frac{{\color{red}{\cot{\left(u \right)}}}^{3}}{6}$$

다음 $$$u=2 x$$$을 기억하라:

$$\frac{\cot{\left({\color{red}{u}} \right)}}{2} - \frac{\cot^{3}{\left({\color{red}{u}} \right)}}{6} - \frac{\operatorname{atan}{\left(\cot{\left({\color{red}{u}} \right)} \right)}}{2} = \frac{\cot{\left({\color{red}{\left(2 x\right)}} \right)}}{2} - \frac{\cot^{3}{\left({\color{red}{\left(2 x\right)}} \right)}}{6} - \frac{\operatorname{atan}{\left(\cot{\left({\color{red}{\left(2 x\right)}} \right)} \right)}}{2}$$

따라서,

$$\int{\cot^{4}{\left(2 x \right)} d x} = - \frac{\cot^{3}{\left(2 x \right)}}{6} + \frac{\cot{\left(2 x \right)}}{2} - \frac{\operatorname{atan}{\left(\cot{\left(2 x \right)} \right)}}{2}$$

적분 상수를 추가하세요:

$$\int{\cot^{4}{\left(2 x \right)} d x} = - \frac{\cot^{3}{\left(2 x \right)}}{6} + \frac{\cot{\left(2 x \right)}}{2} - \frac{\operatorname{atan}{\left(\cot{\left(2 x \right)} \right)}}{2}+C$$

$$$\int \cot^{4}{\left(2 x \right)}\, dx = \left(- \frac{\cot^{3}{\left(2 x \right)}}{6} + \frac{\cot{\left(2 x \right)}}{2} - \frac{\operatorname{atan}{\left(\cot{\left(2 x \right)} \right)}}{2}\right) + C$$$A