$$$\frac{1}{\sin^{4}{\left(x \right)} \cos^{4}{\left(x \right)}}$$$의 적분
관련 계산기: 정적분 및 가적분 계산기
사용자 입력
$$$\int \frac{1}{\sin^{4}{\left(x \right)} \cos^{4}{\left(x \right)}}\, dx$$$을(를) 구하시오.
풀이
분자와 분모에 $$$\frac{1}{\cos^{4}{\left(x \right)}}$$$를 곱하고 $$$\frac{\cos^{4}{\left(x \right)}}{\sin^{4}{\left(x \right)}}$$$를 $$$\frac{1}{\tan^{4}{\left(x \right)}}$$$로 변환합니다:
$${\color{red}{\int{\frac{1}{\sin^{4}{\left(x \right)} \cos^{4}{\left(x \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{1}{\cos^{8}{\left(x \right)} \tan^{4}{\left(x \right)}} d x}}}$$
코사인 두 개를 소거하고 공식 $$$\frac{1}{\cos^{2}{\left(x \right)}}=\sec^{2}{\left(x \right)}$$$를 사용하여 시컨트로 표현하시오.:
$${\color{red}{\int{\frac{1}{\cos^{8}{\left(x \right)} \tan^{4}{\left(x \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\sec^{2}{\left(x \right)}}{\cos^{6}{\left(x \right)} \tan^{4}{\left(x \right)}} d x}}}$$
$$$\cos^{2}{\left(x \right)}=\frac{1}{\tan^{2}{\left(x \right)} + 1}$$$ 공식을 사용하여 코사인을 탄젠트의 함수로 나타내시오.:
$${\color{red}{\int{\frac{\sec^{2}{\left(x \right)}}{\cos^{6}{\left(x \right)} \tan^{4}{\left(x \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1\right)^{3} \sec^{2}{\left(x \right)}}{\tan^{4}{\left(x \right)}} d x}}}$$
$$$u=\tan{\left(x \right)}$$$라 하자.
그러면 $$$du=\left(\tan{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx = \sec^{2}{\left(x \right)} dx$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$\sec^{2}{\left(x \right)} dx = du$$$임을 얻습니다.
따라서,
$${\color{red}{\int{\frac{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1\right)^{3} \sec^{2}{\left(x \right)}}{\tan^{4}{\left(x \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\left(u^{2} + 1\right)^{3}}{u^{4}} d u}}}$$
Expand the expression:
$${\color{red}{\int{\frac{\left(u^{2} + 1\right)^{3}}{u^{4}} d u}}} = {\color{red}{\int{\left(u^{2} + 3 + \frac{3}{u^{2}} + \frac{1}{u^{4}}\right)d u}}}$$
각 항별로 적분하십시오:
$${\color{red}{\int{\left(u^{2} + 3 + \frac{3}{u^{2}} + \frac{1}{u^{4}}\right)d u}}} = {\color{red}{\left(\int{3 d u} + \int{\frac{1}{u^{4}} d u} + \int{\frac{3}{u^{2}} d u} + \int{u^{2} d u}\right)}}$$
상수 법칙 $$$\int c\, du = c u$$$을 $$$c=3$$$에 적용하십시오:
$$\int{\frac{1}{u^{4}} d u} + \int{\frac{3}{u^{2}} d u} + \int{u^{2} d u} + {\color{red}{\int{3 d u}}} = \int{\frac{1}{u^{4}} d u} + \int{\frac{3}{u^{2}} d u} + \int{u^{2} d u} + {\color{red}{\left(3 u\right)}}$$
멱법칙($$$\int u^{n}\, du = \frac{u^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$)을 $$$n=-4$$$에 적용합니다:
$$3 u + \int{\frac{3}{u^{2}} d u} + \int{u^{2} d u} + {\color{red}{\int{\frac{1}{u^{4}} d u}}}=3 u + \int{\frac{3}{u^{2}} d u} + \int{u^{2} d u} + {\color{red}{\int{u^{-4} d u}}}=3 u + \int{\frac{3}{u^{2}} d u} + \int{u^{2} d u} + {\color{red}{\frac{u^{-4 + 1}}{-4 + 1}}}=3 u + \int{\frac{3}{u^{2}} d u} + \int{u^{2} d u} + {\color{red}{\left(- \frac{u^{-3}}{3}\right)}}=3 u + \int{\frac{3}{u^{2}} d u} + \int{u^{2} d u} + {\color{red}{\left(- \frac{1}{3 u^{3}}\right)}}$$
멱법칙($$$\int u^{n}\, du = \frac{u^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$)을 $$$n=2$$$에 적용합니다:
$$3 u + \int{\frac{3}{u^{2}} d u} + {\color{red}{\int{u^{2} d u}}} - \frac{1}{3 u^{3}}=3 u + \int{\frac{3}{u^{2}} d u} + {\color{red}{\frac{u^{1 + 2}}{1 + 2}}} - \frac{1}{3 u^{3}}=3 u + \int{\frac{3}{u^{2}} d u} + {\color{red}{\left(\frac{u^{3}}{3}\right)}} - \frac{1}{3 u^{3}}$$
상수배 법칙 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$을 $$$c=3$$$와 $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u^{2}}$$$에 적용하세요:
$$\frac{u^{3}}{3} + 3 u + {\color{red}{\int{\frac{3}{u^{2}} d u}}} - \frac{1}{3 u^{3}} = \frac{u^{3}}{3} + 3 u + {\color{red}{\left(3 \int{\frac{1}{u^{2}} d u}\right)}} - \frac{1}{3 u^{3}}$$
멱법칙($$$\int u^{n}\, du = \frac{u^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$)을 $$$n=-2$$$에 적용합니다:
$$\frac{u^{3}}{3} + 3 u + 3 {\color{red}{\int{\frac{1}{u^{2}} d u}}} - \frac{1}{3 u^{3}}=\frac{u^{3}}{3} + 3 u + 3 {\color{red}{\int{u^{-2} d u}}} - \frac{1}{3 u^{3}}=\frac{u^{3}}{3} + 3 u + 3 {\color{red}{\frac{u^{-2 + 1}}{-2 + 1}}} - \frac{1}{3 u^{3}}=\frac{u^{3}}{3} + 3 u + 3 {\color{red}{\left(- u^{-1}\right)}} - \frac{1}{3 u^{3}}=\frac{u^{3}}{3} + 3 u + 3 {\color{red}{\left(- \frac{1}{u}\right)}} - \frac{1}{3 u^{3}}$$
다음 $$$u=\tan{\left(x \right)}$$$을 기억하라:
$$- \frac{{\color{red}{u}}^{-3}}{3} - 3 {\color{red}{u}}^{-1} + 3 {\color{red}{u}} + \frac{{\color{red}{u}}^{3}}{3} = - \frac{{\color{red}{\tan{\left(x \right)}}}^{-3}}{3} - 3 {\color{red}{\tan{\left(x \right)}}}^{-1} + 3 {\color{red}{\tan{\left(x \right)}}} + \frac{{\color{red}{\tan{\left(x \right)}}}^{3}}{3}$$
따라서,
$$\int{\frac{1}{\sin^{4}{\left(x \right)} \cos^{4}{\left(x \right)}} d x} = \frac{\tan^{3}{\left(x \right)}}{3} + 3 \tan{\left(x \right)} - \frac{3}{\tan{\left(x \right)}} - \frac{1}{3 \tan^{3}{\left(x \right)}}$$
적분 상수를 추가하세요:
$$\int{\frac{1}{\sin^{4}{\left(x \right)} \cos^{4}{\left(x \right)}} d x} = \frac{\tan^{3}{\left(x \right)}}{3} + 3 \tan{\left(x \right)} - \frac{3}{\tan{\left(x \right)}} - \frac{1}{3 \tan^{3}{\left(x \right)}}+C$$
정답
$$$\int \frac{1}{\sin^{4}{\left(x \right)} \cos^{4}{\left(x \right)}}\, dx = \left(\frac{\tan^{3}{\left(x \right)}}{3} + 3 \tan{\left(x \right)} - \frac{3}{\tan{\left(x \right)}} - \frac{1}{3 \tan^{3}{\left(x \right)}}\right) + C$$$A