Integralen av $$$\frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}}$$$
Relaterad kalkylator: Kalkylator för bestämda och oegentliga integraler
Din inmatning
Bestäm $$$\int \frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}}\, da$$$.
Lösning
Skriv om integranden i termer av sekansen:
$${\color{red}{\int{\frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}} d a}}} = {\color{red}{\int{\sec^{4}{\left(a \right)} d a}}}$$
Ta ut två sekanter och uttryck resten i termer av tangenten genom att använda formeln $$$\sec^2\left( \alpha \right)=\tan^2\left( \alpha \right) + 1$$$ med $$$\alpha=a$$$:
$${\color{red}{\int{\sec^{4}{\left(a \right)} d a}}} = {\color{red}{\int{\left(\tan^{2}{\left(a \right)} + 1\right) \sec^{2}{\left(a \right)} d a}}}$$
Låt $$$u=\tan{\left(a \right)}$$$ vara.
Då $$$du=\left(\tan{\left(a \right)}\right)^{\prime }da = \sec^{2}{\left(a \right)} da$$$ (stegen kan ses »), och vi har att $$$\sec^{2}{\left(a \right)} da = du$$$.
Alltså,
$${\color{red}{\int{\left(\tan^{2}{\left(a \right)} + 1\right) \sec^{2}{\left(a \right)} d a}}} = {\color{red}{\int{\left(u^{2} + 1\right)d u}}}$$
Integrera termvis:
$${\color{red}{\int{\left(u^{2} + 1\right)d u}}} = {\color{red}{\left(\int{1 d u} + \int{u^{2} d u}\right)}}$$
Tillämpa konstantregeln $$$\int c\, du = c u$$$ med $$$c=1$$$:
$$\int{u^{2} d u} + {\color{red}{\int{1 d u}}} = \int{u^{2} d u} + {\color{red}{u}}$$
Tillämpa potensregeln $$$\int u^{n}\, du = \frac{u^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ med $$$n=2$$$:
$$u + {\color{red}{\int{u^{2} d u}}}=u + {\color{red}{\frac{u^{1 + 2}}{1 + 2}}}=u + {\color{red}{\left(\frac{u^{3}}{3}\right)}}$$
Kom ihåg att $$$u=\tan{\left(a \right)}$$$:
$${\color{red}{u}} + \frac{{\color{red}{u}}^{3}}{3} = {\color{red}{\tan{\left(a \right)}}} + \frac{{\color{red}{\tan{\left(a \right)}}}^{3}}{3}$$
Alltså,
$$\int{\frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}} d a} = \frac{\tan^{3}{\left(a \right)}}{3} + \tan{\left(a \right)}$$
Lägg till integrationskonstanten:
$$\int{\frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}} d a} = \frac{\tan^{3}{\left(a \right)}}{3} + \tan{\left(a \right)}+C$$
Svar
$$$\int \frac{1}{\cos^{4}{\left(a \right)}}\, da = \left(\frac{\tan^{3}{\left(a \right)}}{3} + \tan{\left(a \right)}\right) + C$$$A