$$$\frac{\cos{\left(2 x \right)}}{\sin{\left(x \right)}}$$$의 적분

$$$\int \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{\sin{\left(x \right)}}\, dx$$$을(를) 구하시오.

배각 공식 $$$\cos\left(2x\right)=-2\sin^2\left(x\right)+1$$$에 따라 코사인을 다시 표현하십시오:

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

분수를 분리하십시오:

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

각 항별로 적분하십시오:

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

이중각 공식 $$$\sin\left(x\right)=2\sin\left(\frac{x}{2}\right)\cos\left(\frac{x}{2}\right)$$$를 사용하여 사인을 다시 쓰십시오:

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

분자와 분모에 $$$\sec^2\left(\frac{x}{2} \right)$$$를 곱합니다.:

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

$$$u=\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}$$$라 하자.

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

따라서,

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

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

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

다음 $$$u=\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}$$$을 기억하라:

$$\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} - \int{2 \sin{\left(x \right)} d x} = \ln{\left(\left|{{\color{red}{\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}}}}\right| \right)} - \int{2 \sin{\left(x \right)} d x}$$

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$을 $$$c=2$$$와 $$$f{\left(x \right)} = \sin{\left(x \right)}$$$에 적용하세요:

$$\ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right| \right)} - {\color{red}{\int{2 \sin{\left(x \right)} d x}}} = \ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right| \right)} - {\color{red}{\left(2 \int{\sin{\left(x \right)} d x}\right)}}$$

사인 함수의 적분은 $$$\int{\sin{\left(x \right)} d x} = - \cos{\left(x \right)}$$$:

$$\ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right| \right)} - 2 {\color{red}{\int{\sin{\left(x \right)} d x}}} = \ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right| \right)} - 2 {\color{red}{\left(- \cos{\left(x \right)}\right)}}$$

따라서,

$$\int{\frac{\cos{\left(2 x \right)}}{\sin{\left(x \right)}} d x} = \ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right| \right)} + 2 \cos{\left(x \right)}$$

적분 상수를 추가하세요:

$$\int{\frac{\cos{\left(2 x \right)}}{\sin{\left(x \right)}} d x} = \ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right| \right)} + 2 \cos{\left(x \right)}+C$$

$$$\int \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{\sin{\left(x \right)}}\, dx = \left(\ln\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right|\right) + 2 \cos{\left(x \right)}\right) + C$$$A