$$$\frac{\cos^{4}{\left(x \right)}}{\sin^{4}{\left(x \right)}}$$$의 적분

$$$\int \frac{\cos^{4}{\left(x \right)}}{\sin^{4}{\left(x \right)}}\, dx$$$을(를) 구하시오.

코탄젠트로 나타내기:

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

$$$u=\cot{\left(x \right)}$$$라 하자.

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

따라서,

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

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

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

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

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

각 항별로 적분하십시오:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

따라서,

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

적분 상수를 추가하세요:

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

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