$$$\tan{\left(x \right)} + 1 - \frac{1}{\tan{\left(x \right)}}$$$의 적분
관련 계산기: 정적분 및 가적분 계산기
사용자 입력
$$$\int \left(\tan{\left(x \right)} + 1 - \frac{1}{\tan{\left(x \right)}}\right)\, dx$$$을(를) 구하시오.
풀이
각 항별로 적분하십시오:
$${\color{red}{\int{\left(\tan{\left(x \right)} + 1 - \frac{1}{\tan{\left(x \right)}}\right)d x}}} = {\color{red}{\left(\int{1 d x} - \int{\frac{1}{\tan{\left(x \right)}} d x} + \int{\tan{\left(x \right)} d x}\right)}}$$
상수 법칙 $$$\int c\, dx = c x$$$을 $$$c=1$$$에 적용하십시오:
$$- \int{\frac{1}{\tan{\left(x \right)}} d x} + \int{\tan{\left(x \right)} d x} + {\color{red}{\int{1 d x}}} = - \int{\frac{1}{\tan{\left(x \right)}} d x} + \int{\tan{\left(x \right)} d x} + {\color{red}{x}}$$
$$$u=\tan{\left(x \right)}$$$라 하자.
그러면 $$$x=\operatorname{atan}{\left(u \right)}$$$ 및 $$$dx=\left(\operatorname{atan}{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = \frac{du}{u^{2} + 1}$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다).
따라서,
$$x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} - {\color{red}{\int{\frac{1}{\tan{\left(x \right)}} d x}}} = x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} - {\color{red}{\int{\frac{1}{u \left(u^{2} + 1\right)} d u}}}$$
$$$v=u^{2} + 1$$$라 하자.
그러면 $$$dv=\left(u^{2} + 1\right)^{\prime }du = 2 u du$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$u du = \frac{dv}{2}$$$임을 얻습니다.
따라서,
$$x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} - {\color{red}{\int{\frac{1}{u \left(u^{2} + 1\right)} d u}}} = x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} - {\color{red}{\int{\frac{1}{2 v \left(v - 1\right)} d v}}}$$
상수배 법칙 $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$을 $$$c=\frac{1}{2}$$$와 $$$f{\left(v \right)} = \frac{1}{v \left(v - 1\right)}$$$에 적용하세요:
$$x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} - {\color{red}{\int{\frac{1}{2 v \left(v - 1\right)} d v}}} = x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} - {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{v \left(v - 1\right)} d v}}{2}\right)}}$$
부분분수분해를 수행합니다(단계는 »에서 볼 수 있습니다):
$$x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{v \left(v - 1\right)} d v}}}}{2} = x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} - \frac{{\color{red}{\int{\left(\frac{1}{v - 1} - \frac{1}{v}\right)d v}}}}{2}$$
각 항별로 적분하십시오:
$$x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} - \frac{{\color{red}{\int{\left(\frac{1}{v - 1} - \frac{1}{v}\right)d v}}}}{2} = x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} - \frac{{\color{red}{\left(- \int{\frac{1}{v} d v} + \int{\frac{1}{v - 1} d v}\right)}}}{2}$$
$$$w=v - 1$$$라 하자.
그러면 $$$dw=\left(v - 1\right)^{\prime }dv = 1 dv$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$dv = dw$$$임을 얻습니다.
따라서,
$$x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} + \frac{\int{\frac{1}{v} d v}}{2} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{v - 1} d v}}}}{2} = x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} + \frac{\int{\frac{1}{v} d v}}{2} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{w} d w}}}}{2}$$
$$$\frac{1}{w}$$$의 적분은 $$$\int{\frac{1}{w} d w} = \ln{\left(\left|{w}\right| \right)}$$$:
$$x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} + \frac{\int{\frac{1}{v} d v}}{2} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{w} d w}}}}{2} = x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} + \frac{\int{\frac{1}{v} d v}}{2} - \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{w}\right| \right)}}}}{2}$$
다음 $$$w=v - 1$$$을 기억하라:
$$x - \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{w}}}\right| \right)}}{2} + \int{\tan{\left(x \right)} d x} + \frac{\int{\frac{1}{v} d v}}{2} = x - \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(v - 1\right)}}}\right| \right)}}{2} + \int{\tan{\left(x \right)} d x} + \frac{\int{\frac{1}{v} d v}}{2}$$
$$$\frac{1}{v}$$$의 적분은 $$$\int{\frac{1}{v} d v} = \ln{\left(\left|{v}\right| \right)}$$$:
$$x - \frac{\ln{\left(\left|{v - 1}\right| \right)}}{2} + \int{\tan{\left(x \right)} d x} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}}}{2} = x - \frac{\ln{\left(\left|{v - 1}\right| \right)}}{2} + \int{\tan{\left(x \right)} d x} + \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{v}\right| \right)}}}}{2}$$
다음 $$$v=u^{2} + 1$$$을 기억하라:
$$x - \frac{\ln{\left(\left|{-1 + {\color{red}{v}}}\right| \right)}}{2} + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{v}}}\right| \right)}}{2} + \int{\tan{\left(x \right)} d x} = x - \frac{\ln{\left(\left|{-1 + {\color{red}{\left(u^{2} + 1\right)}}}\right| \right)}}{2} + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(u^{2} + 1\right)}}}\right| \right)}}{2} + \int{\tan{\left(x \right)} d x}$$
다음 $$$u=\tan{\left(x \right)}$$$을 기억하라:
$$x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} + \frac{\ln{\left(1 + {\color{red}{u}}^{2} \right)}}{2} - \frac{\ln{\left({\color{red}{u}}^{2} \right)}}{2} = x + \int{\tan{\left(x \right)} d x} + \frac{\ln{\left(1 + {\color{red}{\tan{\left(x \right)}}}^{2} \right)}}{2} - \frac{\ln{\left({\color{red}{\tan{\left(x \right)}}}^{2} \right)}}{2}$$
탄젠트를 $$$\tan\left(x\right)=\frac{\sin\left(x\right)}{\cos\left(x\right)}$$$ 형태로 다시 쓰십시오:
$$x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} \right)}}{2} + {\color{red}{\int{\tan{\left(x \right)} d x}}} = x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} \right)}}{2} + {\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(x \right)}}{\cos{\left(x \right)}} d x}}}$$
$$$u=\cos{\left(x \right)}$$$라 하자.
그러면 $$$du=\left(\cos{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx = - \sin{\left(x \right)} dx$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$\sin{\left(x \right)} dx = - du$$$임을 얻습니다.
따라서,
$$x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} \right)}}{2} + {\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(x \right)}}{\cos{\left(x \right)}} d x}}} = x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} \right)}}{2} + {\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{u}\right)d u}}}$$
상수배 법칙 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$을 $$$c=-1$$$와 $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u}$$$에 적용하세요:
$$x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} \right)}}{2} + {\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{u}\right)d u}}} = x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} \right)}}{2} + {\color{red}{\left(- \int{\frac{1}{u} d u}\right)}}$$
$$$\frac{1}{u}$$$의 적분은 $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$:
$$x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} \right)}}{2} - {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}} = x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} \right)}}{2} - {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}$$
다음 $$$u=\cos{\left(x \right)}$$$을 기억하라:
$$x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} \right)}}{2} - \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} = x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} \right)}}{2} - \ln{\left(\left|{{\color{red}{\cos{\left(x \right)}}}}\right| \right)}$$
따라서,
$$\int{\left(\tan{\left(x \right)} + 1 - \frac{1}{\tan{\left(x \right)}}\right)d x} = x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} \right)}}{2} - \ln{\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right| \right)}$$
간단히 하시오:
$$\int{\left(\tan{\left(x \right)} + 1 - \frac{1}{\tan{\left(x \right)}}\right)d x} = x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \ln{\left(\tan{\left(x \right)} \right)} - \ln{\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right| \right)}$$
적분 상수를 추가하세요:
$$\int{\left(\tan{\left(x \right)} + 1 - \frac{1}{\tan{\left(x \right)}}\right)d x} = x + \frac{\ln{\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1 \right)}}{2} - \ln{\left(\tan{\left(x \right)} \right)} - \ln{\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right| \right)}+C$$
정답
$$$\int \left(\tan{\left(x \right)} + 1 - \frac{1}{\tan{\left(x \right)}}\right)\, dx = \left(x + \frac{\ln\left(\tan^{2}{\left(x \right)} + 1\right)}{2} - \ln\left(\tan{\left(x \right)}\right) - \ln\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right|\right)\right) + C$$$A