Integralen av $$$\csc{\left(2 x \right)}$$$

Bestäm $$$\int \csc{\left(2 x \right)}\, dx$$$.

Låt $$$u=2 x$$$ vara.

Då $$$du=\left(2 x\right)^{\prime }dx = 2 dx$$$ (stegen kan ses »), och vi har att $$$dx = \frac{du}{2}$$$.

Alltså,

$${\color{red}{\int{\csc{\left(2 x \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\csc{\left(u \right)}}{2} d u}}}$$

Tillämpa konstantfaktorregeln $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ med $$$c=\frac{1}{2}$$$ och $$$f{\left(u \right)} = \csc{\left(u \right)}$$$:

$${\color{red}{\int{\frac{\csc{\left(u \right)}}{2} d u}}} = {\color{red}{\left(\frac{\int{\csc{\left(u \right)} d u}}{2}\right)}}$$

Skriv om kosekansen som $$$\csc\left( u \right)=\frac{1}{\sin\left( u \right)}$$$:

$$\frac{{\color{red}{\int{\csc{\left(u \right)} d u}}}}{2} = \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{\sin{\left(u \right)}} d u}}}}{2}$$

Skriv om sinus med hjälp av dubbelvinkelformeln $$$\sin\left( u \right)=2\sin\left(\frac{ u }{2}\right)\cos\left(\frac{ u }{2}\right)$$$:

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

Multiplicera täljare och nämnare med $$$\sec^2\left(\frac{ u }{2} \right)$$$:

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

Låt $$$v=\tan{\left(\frac{u}{2} \right)}$$$ vara.

Då $$$dv=\left(\tan{\left(\frac{u}{2} \right)}\right)^{\prime }du = \frac{\sec^{2}{\left(\frac{u}{2} \right)}}{2} du$$$ (stegen kan ses »), och vi har att $$$\sec^{2}{\left(\frac{u}{2} \right)} du = 2 dv$$$.

Integralen blir

$$\frac{{\color{red}{\int{\frac{\sec^{2}{\left(\frac{u}{2} \right)}}{2 \tan{\left(\frac{u}{2} \right)}} d u}}}}{2} = \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}}}{2}$$

Integralen av $$$\frac{1}{v}$$$ är $$$\int{\frac{1}{v} d v} = \ln{\left(\left|{v}\right| \right)}$$$:

$$\frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}}}{2} = \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{v}\right| \right)}}}}{2}$$

Kom ihåg att $$$v=\tan{\left(\frac{u}{2} \right)}$$$:

$$\frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{v}}}\right| \right)}}{2} = \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\tan{\left(\frac{u}{2} \right)}}}}\right| \right)}}{2}$$

Kom ihåg att $$$u=2 x$$$:

$$\frac{\ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{{\color{red}{u}}}{2} \right)}}\right| \right)}}{2} = \frac{\ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{{\color{red}{\left(2 x\right)}}}{2} \right)}}\right| \right)}}{2}$$

Alltså,

$$\int{\csc{\left(2 x \right)} d x} = \frac{\ln{\left(\left|{\tan{\left(x \right)}}\right| \right)}}{2}$$

Lägg till integrationskonstanten:

$$\int{\csc{\left(2 x \right)} d x} = \frac{\ln{\left(\left|{\tan{\left(x \right)}}\right| \right)}}{2}+C$$

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