Integraal van $$$e^{x} \cos^{2}{\left(x \right)}$$$

Bepaal $$$\int e^{x} \cos^{2}{\left(x \right)}\, dx$$$.

Pas de machtsreductieformule $$$\cos^{2}{\left(\alpha \right)} = \frac{\cos{\left(2 \alpha \right)}}{2} + \frac{1}{2}$$$ toe met $$$\alpha=x$$$:

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

Pas de constante-veelvoudregel $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ toe met $$$c=\frac{1}{2}$$$ en $$$f{\left(x \right)} = \left(\cos{\left(2 x \right)} + 1\right) e^{x}$$$:

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

Expand the expression:

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

Integreer termgewijs:

$$\frac{{\color{red}{\int{\left(e^{x} \cos{\left(2 x \right)} + e^{x}\right)d x}}}}{2} = \frac{{\color{red}{\left(\int{e^{x} \cos{\left(2 x \right)} d x} + \int{e^{x} d x}\right)}}}{2}$$

Voor de integraal $$$\int{e^{x} \cos{\left(2 x \right)} d x}$$$, gebruik partiële integratie $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Zij $$$\operatorname{u}=\cos{\left(2 x \right)}$$$ en $$$\operatorname{dv}=e^{x} dx$$$.

Dan $$$\operatorname{du}=\left(\cos{\left(2 x \right)}\right)^{\prime }dx=- 2 \sin{\left(2 x \right)} dx$$$ (de stappen zijn te zien ») en $$$\operatorname{v}=\int{e^{x} d x}=e^{x}$$$ (de stappen zijn te zien »).

Dus,

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

Pas de constante-veelvoudregel $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ toe met $$$c=-2$$$ en $$$f{\left(x \right)} = e^{x} \sin{\left(2 x \right)}$$$:

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

Voor de integraal $$$\int{e^{x} \sin{\left(2 x \right)} d x}$$$, gebruik partiële integratie $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$.

Zij $$$\operatorname{u}=\sin{\left(2 x \right)}$$$ en $$$\operatorname{dv}=e^{x} dx$$$.

Dan $$$\operatorname{du}=\left(\sin{\left(2 x \right)}\right)^{\prime }dx=2 \cos{\left(2 x \right)} dx$$$ (de stappen zijn te zien ») en $$$\operatorname{v}=\int{e^{x} d x}=e^{x}$$$ (de stappen zijn te zien »).

De integraal wordt

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

Pas de constante-veelvoudregel $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ toe met $$$c=2$$$ en $$$f{\left(x \right)} = e^{x} \cos{\left(2 x \right)}$$$:

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

We zijn uitgekomen bij een integraal die we al eerder hebben gezien.

Dus hebben we de volgende eenvoudige vergelijking voor de integraal verkregen:

$$\frac{\int{e^{x} \cos{\left(2 x \right)} d x}}{2} + \frac{\int{e^{x} d x}}{2} = e^{x} \sin{\left(2 x \right)} + \frac{e^{x} \cos{\left(2 x \right)}}{2} - 2 \int{e^{x} \cos{\left(2 x \right)} d x} + \frac{\int{e^{x} d x}}{2}$$

Door het op te lossen, krijgen we dat

$$\int{e^{x} \cos{\left(2 x \right)} d x} = \frac{\left(2 \sin{\left(2 x \right)} + \cos{\left(2 x \right)}\right) e^{x}}{5}$$

Dus,

$$\frac{\int{e^{x} d x}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{e^{x} \cos{\left(2 x \right)} d x}}}}{2} = \frac{\int{e^{x} d x}}{2} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\left(2 \sin{\left(2 x \right)} + \cos{\left(2 x \right)}\right) e^{x}}{5}\right)}}}{2}$$

De integraal van de exponentiële functie is $$$\int{e^{x} d x} = e^{x}$$$:

$$\frac{\left(2 \sin{\left(2 x \right)} + \cos{\left(2 x \right)}\right) e^{x}}{10} + \frac{{\color{red}{\int{e^{x} d x}}}}{2} = \frac{\left(2 \sin{\left(2 x \right)} + \cos{\left(2 x \right)}\right) e^{x}}{10} + \frac{{\color{red}{e^{x}}}}{2}$$

Dus,

$$\int{e^{x} \cos^{2}{\left(x \right)} d x} = \frac{\left(2 \sin{\left(2 x \right)} + \cos{\left(2 x \right)}\right) e^{x}}{10} + \frac{e^{x}}{2}$$

Vereenvoudig:

$$\int{e^{x} \cos^{2}{\left(x \right)} d x} = \frac{\left(2 \sin{\left(2 x \right)} + \cos{\left(2 x \right)} + 5\right) e^{x}}{10}$$

Voeg de integratieconstante toe:

$$\int{e^{x} \cos^{2}{\left(x \right)} d x} = \frac{\left(2 \sin{\left(2 x \right)} + \cos{\left(2 x \right)} + 5\right) e^{x}}{10}+C$$

$$$\int e^{x} \cos^{2}{\left(x \right)}\, dx = \frac{\left(2 \sin{\left(2 x \right)} + \cos{\left(2 x \right)} + 5\right) e^{x}}{10} + C$$$A