Integralen av $$$\frac{\pi}{2 x^{2} \sqrt{x^{2} - 1}}$$$
Relaterad kalkylator: Kalkylator för bestämda och oegentliga integraler
Din inmatning
Bestäm $$$\int \frac{\pi}{2 x^{2} \sqrt{x^{2} - 1}}\, dx$$$.
Lösning
Tillämpa konstantfaktorregeln $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ med $$$c=\frac{\pi}{2}$$$ och $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x^{2} \sqrt{x^{2} - 1}}$$$:
$${\color{red}{\int{\frac{\pi}{2 x^{2} \sqrt{x^{2} - 1}} d x}}} = {\color{red}{\left(\frac{\pi \int{\frac{1}{x^{2} \sqrt{x^{2} - 1}} d x}}{2}\right)}}$$
Låt $$$x=\cosh{\left(u \right)}$$$ vara.
Då $$$dx=\left(\cosh{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = \sinh{\left(u \right)} du$$$ (stegen kan ses »).
Det följer också att $$$u=\operatorname{acosh}{\left(x \right)}$$$.
Alltså,
$$$\frac{1}{x^{2} \sqrt{x^{2} - 1}} = \frac{1}{\sqrt{\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1} \cosh^{2}{\left( u \right)}}$$$
Använd identiteten $$$\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1 = \sinh^{2}{\left( u \right)}$$$:
$$$\frac{1}{\sqrt{\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1} \cosh^{2}{\left( u \right)}}=\frac{1}{\sqrt{\sinh^{2}{\left( u \right)}} \cosh^{2}{\left( u \right)}}$$$
Om vi antar att $$$\sinh{\left( u \right)} \ge 0$$$, erhåller vi följande:
$$$\frac{1}{\sqrt{\sinh^{2}{\left( u \right)}} \cosh^{2}{\left( u \right)}} = \frac{1}{\sinh{\left( u \right)} \cosh^{2}{\left( u \right)}}$$$
Integralen blir
$$\frac{\pi {\color{red}{\int{\frac{1}{x^{2} \sqrt{x^{2} - 1}} d x}}}}{2} = \frac{\pi {\color{red}{\int{\frac{1}{\cosh^{2}{\left(u \right)}} d u}}}}{2}$$
Skriv om integranden i termer av den hyperboliska sekanten:
$$\frac{\pi {\color{red}{\int{\frac{1}{\cosh^{2}{\left(u \right)}} d u}}}}{2} = \frac{\pi {\color{red}{\int{\operatorname{sech}^{2}{\left(u \right)} d u}}}}{2}$$
Integralen av $$$\operatorname{sech}^{2}{\left(u \right)}$$$ är $$$\int{\operatorname{sech}^{2}{\left(u \right)} d u} = \tanh{\left(u \right)}$$$:
$$\frac{\pi {\color{red}{\int{\operatorname{sech}^{2}{\left(u \right)} d u}}}}{2} = \frac{\pi {\color{red}{\tanh{\left(u \right)}}}}{2}$$
Kom ihåg att $$$u=\operatorname{acosh}{\left(x \right)}$$$:
$$\frac{\pi \tanh{\left({\color{red}{u}} \right)}}{2} = \frac{\pi \tanh{\left({\color{red}{\operatorname{acosh}{\left(x \right)}}} \right)}}{2}$$
Alltså,
$$\int{\frac{\pi}{2 x^{2} \sqrt{x^{2} - 1}} d x} = \frac{\pi \sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1}}{2 x}$$
Lägg till integrationskonstanten:
$$\int{\frac{\pi}{2 x^{2} \sqrt{x^{2} - 1}} d x} = \frac{\pi \sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1}}{2 x}+C$$
Svar
$$$\int \frac{\pi}{2 x^{2} \sqrt{x^{2} - 1}}\, dx = \frac{\pi \sqrt{x - 1} \sqrt{x + 1}}{2 x} + C$$$A