Integralen av $$$\frac{\cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}}$$$
Relaterad kalkylator: Kalkylator för bestämda och oegentliga integraler
Din inmatning
Bestäm $$$\int \frac{\cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}}\, dx$$$.
Lösning
Skriv om i termer av kotangens:
$${\color{red}{\int{\frac{\cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\cot^{2}{\left(x \right)} d x}}}$$
Låt $$$u=\cot{\left(x \right)}$$$ vara.
Då $$$du=\left(\cot{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx = - \csc^{2}{\left(x \right)} dx$$$ (stegen kan ses »), och vi har att $$$\csc^{2}{\left(x \right)} dx = - du$$$.
Integralen kan omskrivas som
$${\color{red}{\int{\cot^{2}{\left(x \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(- \frac{u^{2}}{u^{2} + 1}\right)d u}}}$$
Tillämpa konstantfaktorregeln $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ med $$$c=-1$$$ och $$$f{\left(u \right)} = \frac{u^{2}}{u^{2} + 1}$$$:
$${\color{red}{\int{\left(- \frac{u^{2}}{u^{2} + 1}\right)d u}}} = {\color{red}{\left(- \int{\frac{u^{2}}{u^{2} + 1} d u}\right)}}$$
Skriv om och dela upp bråket:
$$- {\color{red}{\int{\frac{u^{2}}{u^{2} + 1} d u}}} = - {\color{red}{\int{\left(1 - \frac{1}{u^{2} + 1}\right)d u}}}$$
Integrera termvis:
$$- {\color{red}{\int{\left(1 - \frac{1}{u^{2} + 1}\right)d u}}} = - {\color{red}{\left(\int{1 d u} - \int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u}\right)}}$$
Tillämpa konstantregeln $$$\int c\, du = c u$$$ med $$$c=1$$$:
$$\int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} - {\color{red}{\int{1 d u}}} = \int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} - {\color{red}{u}}$$
Integralen av $$$\frac{1}{u^{2} + 1}$$$ är $$$\int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} = \operatorname{atan}{\left(u \right)}$$$:
$$- u + {\color{red}{\int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u}}} = - u + {\color{red}{\operatorname{atan}{\left(u \right)}}}$$
Kom ihåg att $$$u=\cot{\left(x \right)}$$$:
$$\operatorname{atan}{\left({\color{red}{u}} \right)} - {\color{red}{u}} = \operatorname{atan}{\left({\color{red}{\cot{\left(x \right)}}} \right)} - {\color{red}{\cot{\left(x \right)}}}$$
Alltså,
$$\int{\frac{\cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}} d x} = - \cot{\left(x \right)} + \operatorname{atan}{\left(\cot{\left(x \right)} \right)}$$
Lägg till integrationskonstanten:
$$\int{\frac{\cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}} d x} = - \cot{\left(x \right)} + \operatorname{atan}{\left(\cot{\left(x \right)} \right)}+C$$
Svar
$$$\int \frac{\cos^{2}{\left(x \right)}}{\sin^{2}{\left(x \right)}}\, dx = \left(- \cot{\left(x \right)} + \operatorname{atan}{\left(\cot{\left(x \right)} \right)}\right) + C$$$A