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