Integral de $$$\cos{\left(2 x \right)} \tan{\left(x \right)}$$$

A calculadora encontrará a integral/antiderivada de $$$\cos{\left(2 x \right)} \tan{\left(x \right)}$$$, com os passos mostrados.

Calculadora relacionada: Calculadora de Integrais Definidas e Impróprias

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Encontre $$$\int \cos{\left(2 x \right)} \tan{\left(x \right)}\, dx$$$.

Solução

Reescreva o integrando usando a fórmula do ângulo duplo do cosseno $$$\cos{\left(2 x \right)}=2 \cos^{2}{\left(x \right)} - 1$$$:

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

Reescrever:

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

Integre termo a termo:

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

Reescreva a reta tangente como $$$\tan\left(x\right)=\frac{\sin\left(x\right)}{\cos\left(x\right)}$$$:

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

Seja $$$u=\cos{\left(x \right)}$$$.

Então $$$du=\left(\cos{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx = - \sin{\left(x \right)} dx$$$ (veja os passos »), e obtemos $$$\sin{\left(x \right)} dx = - du$$$.

Portanto,

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

Aplique a regra do múltiplo constante $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ usando $$$c=-1$$$ e $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u}$$$:

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

A integral de $$$\frac{1}{u}$$$ é $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$:

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

Recorde que $$$u=\cos{\left(x \right)}$$$:

$$\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} + \int{2 \cos^{2}{\left(x \right)} \tan{\left(x \right)} d x} = \ln{\left(\left|{{\color{red}{\cos{\left(x \right)}}}}\right| \right)} + \int{2 \cos^{2}{\left(x \right)} \tan{\left(x \right)} d x}$$

Aplique a regra do múltiplo constante $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ usando $$$c=2$$$ e $$$f{\left(x \right)} = \cos^{2}{\left(x \right)} \tan{\left(x \right)}$$$:

$$\ln{\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right| \right)} + {\color{red}{\int{2 \cos^{2}{\left(x \right)} \tan{\left(x \right)} d x}}} = \ln{\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right| \right)} + {\color{red}{\left(2 \int{\cos^{2}{\left(x \right)} \tan{\left(x \right)} d x}\right)}}$$

Reescreva o integrando:

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

Seja $$$u=\sin{\left(x \right)}$$$.

Então $$$du=\left(\sin{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx = \cos{\left(x \right)} dx$$$ (veja os passos »), e obtemos $$$\cos{\left(x \right)} dx = du$$$.

Logo,

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

Aplique a regra da potência $$$\int u^{n}\, du = \frac{u^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ com $$$n=1$$$:

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

Recorde que $$$u=\sin{\left(x \right)}$$$:

$$\ln{\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right| \right)} + {\color{red}{u}}^{2} = \ln{\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right| \right)} + {\color{red}{\sin{\left(x \right)}}}^{2}$$

Portanto,

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

Adicione a constante de integração:

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

Resposta

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