$$$\sec^{5}{\left(x \right)}$$$의 적분

$$$\int \sec^{5}{\left(x \right)}\, dx$$$을(를) 구하시오.

적분 $$$\int{\sec^{5}{\left(x \right)} d x}$$$에 대해서는 부분적분법 $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$을 사용하십시오.

$$$\operatorname{u}=\sec^{3}{\left(x \right)}$$$와 $$$\operatorname{dv}=\sec^{2}{\left(x \right)} dx$$$라고 하자.

그러면 $$$\operatorname{du}=\left(\sec^{3}{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx=3 \tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} dx$$$ (»에서 풀이 과정을 볼 수 있음) 및 $$$\operatorname{v}=\int{\sec^{2}{\left(x \right)} d x}=\tan{\left(x \right)}$$$ (»에서 풀이 과정을 볼 수 있음).

따라서,

$$\int{\sec^{5}{\left(x \right)} d x}=\sec^{3}{\left(x \right)} \cdot \tan{\left(x \right)}-\int{\tan{\left(x \right)} \cdot 3 \tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} d x}=\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} - \int{3 \tan^{2}{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} d x}$$

상수를 인수로 묶으세요:

$$\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} - \int{3 \tan^{2}{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} d x}=\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} - 3 \int{\tan^{2}{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} d x}$$

다음 공식을 적용하십시오: $$$\tan^{2}{\left(x \right)} = \sec^{2}{\left(x \right)} - 1$$$

$$\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} - 3 \int{\tan^{2}{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} d x}=\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} - 3 \int{\left(\sec^{2}{\left(x \right)} - 1\right) \sec^{3}{\left(x \right)} d x}$$

전개:

$$\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} - 3 \int{\left(\sec^{2}{\left(x \right)} - 1\right) \sec^{3}{\left(x \right)} d x}=\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} - 3 \int{\left(\sec^{5}{\left(x \right)} - \sec^{3}{\left(x \right)}\right)d x}$$

차의 적분은 적분의 차와 같다:

$$\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} - 3 \int{\left(\sec^{5}{\left(x \right)} - \sec^{3}{\left(x \right)}\right)d x}=\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} + 3 \int{\sec^{3}{\left(x \right)} d x} - 3 \int{\sec^{5}{\left(x \right)} d x}$$

따라서 적분에 관한 다음과 같은 간단한 선형 방정식을 얻습니다:

$${\color{red}{\int{\sec^{5}{\left(x \right)} d x}}}=\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)} + 3 \int{\sec^{3}{\left(x \right)} d x} - 3 {\color{red}{\int{\sec^{5}{\left(x \right)} d x}}}$$

이를 풀면, 다음과 같은 결과를 얻는다.

$$\int{\sec^{5}{\left(x \right)} d x}=\frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \int{\sec^{3}{\left(x \right)} d x}}{4}$$

적분 $$$\int{\sec^{3}{\left(x \right)} d x}$$$에 대해서는 부분적분법 $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$을 사용하십시오.

$$$\operatorname{u}=\sec{\left(x \right)}$$$와 $$$\operatorname{dv}=\sec^{2}{\left(x \right)} dx$$$라고 하자.

그러면 $$$\operatorname{du}=\left(\sec{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx=\tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} dx$$$ (»에서 풀이 과정을 볼 수 있음) 및 $$$\operatorname{v}=\int{\sec^{2}{\left(x \right)} d x}=\tan{\left(x \right)}$$$ (»에서 풀이 과정을 볼 수 있음).

따라서,

$$\int{\sec^{3}{\left(x \right)} d x}=\sec{\left(x \right)} \cdot \tan{\left(x \right)}-\int{\tan{\left(x \right)} \cdot \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} d x}=\tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} - \int{\tan^{2}{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} d x}$$

다음 공식을 적용하십시오: $$$\tan^{2}{\left(x \right)} = \sec^{2}{\left(x \right)} - 1$$$

$$\tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} - \int{\tan^{2}{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} d x}=\tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} - \int{\left(\sec^{2}{\left(x \right)} - 1\right) \sec{\left(x \right)} d x}$$

전개:

$$\tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} - \int{\left(\sec^{2}{\left(x \right)} - 1\right) \sec{\left(x \right)} d x}=\tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} - \int{\left(\sec^{3}{\left(x \right)} - \sec{\left(x \right)}\right)d x}$$

차의 적분은 적분의 차와 같다:

$$\tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} - \int{\left(\sec^{3}{\left(x \right)} - \sec{\left(x \right)}\right)d x}=\tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} + \int{\sec{\left(x \right)} d x} - \int{\sec^{3}{\left(x \right)} d x}$$

따라서 적분에 관한 다음과 같은 간단한 선형 방정식을 얻습니다:

$${\color{red}{\int{\sec^{3}{\left(x \right)} d x}}}=\tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)} + \int{\sec{\left(x \right)} d x} - {\color{red}{\int{\sec^{3}{\left(x \right)} d x}}}$$

이를 풀면, 다음과 같은 결과를 얻는다.

$$\int{\sec^{3}{\left(x \right)} d x}=\frac{\tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{2} + \frac{\int{\sec{\left(x \right)} d x}}{2}$$

따라서,

$$\frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 {\color{red}{\int{\sec^{3}{\left(x \right)} d x}}}}{4} = \frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 {\color{red}{\left(\frac{\tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{2} + \frac{\int{\sec{\left(x \right)} d x}}{2}\right)}}}{4}$$

시컨트를 $$$\sec\left(x\right)=\frac{1}{\cos\left(x\right)}$$$로 다시 쓰세요:

$$\frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8} + \frac{3 {\color{red}{\int{\sec{\left(x \right)} d x}}}}{8} = \frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8} + \frac{3 {\color{red}{\int{\frac{1}{\cos{\left(x \right)}} d x}}}}{8}$$

$$$\cos\left(x\right)=\sin\left(x + \frac{\pi}{2}\right)$$$ 공식을 사용하여 코사인을 사인의 함수로 나타낸 다음, $$$\sin\left(x\right)=2\sin\left(\frac{x}{2}\right)\cos\left(\frac{x}{2}\right)$$$ 배각공식을 사용하여 사인을 다시 쓰십시오.:

$$\frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8} + \frac{3 {\color{red}{\int{\frac{1}{\cos{\left(x \right)}} d x}}}}{8} = \frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8} + \frac{3 {\color{red}{\int{\frac{1}{2 \sin{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)} \cos{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}} d x}}}}{8}$$

분자와 분모에 $$$\sec^2\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)$$$를 곱합니다.:

$$\frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8} + \frac{3 {\color{red}{\int{\frac{1}{2 \sin{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)} \cos{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}} d x}}}}{8} = \frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8} + \frac{3 {\color{red}{\int{\frac{\sec^{2}{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}{2 \tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}} d x}}}}{8}$$

$$$u=\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}$$$라 하자.

그러면 $$$du=\left(\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}\right)^{\prime }dx = \frac{\sec^{2}{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}{2} dx$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$\sec^{2}{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)} dx = 2 du$$$임을 얻습니다.

적분은 다음과 같이 다시 쓸 수 있습니다.

$$\frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8} + \frac{3 {\color{red}{\int{\frac{\sec^{2}{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}{2 \tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}} d x}}}}{8} = \frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8} + \frac{3 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{8}$$

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

$$\frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8} + \frac{3 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{8} = \frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8} + \frac{3 {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{8}$$

다음 $$$u=\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}$$$을 기억하라:

$$\frac{3 \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{8} + \frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8} = \frac{3 \ln{\left(\left|{{\color{red}{\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}}}\right| \right)}}{8} + \frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8}$$

따라서,

$$\int{\sec^{5}{\left(x \right)} d x} = \frac{3 \ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}\right| \right)}}{8} + \frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8}$$

적분 상수를 추가하세요:

$$\int{\sec^{5}{\left(x \right)} d x} = \frac{3 \ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}\right| \right)}}{8} + \frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8}+C$$

$$$\int \sec^{5}{\left(x \right)}\, dx = \left(\frac{3 \ln\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} + \frac{\pi}{4} \right)}}\right|\right)}{8} + \frac{\tan{\left(x \right)} \sec^{3}{\left(x \right)}}{4} + \frac{3 \tan{\left(x \right)} \sec{\left(x \right)}}{8}\right) + C$$$A