$$$\frac{1}{1 - \cos{\left(x \right)}}$$$ 的積分

求$$$\int \frac{1}{1 - \cos{\left(x \right)}}\, dx$$$。

使用倍角公式 $$$\cos\left(x\right)=1-2\sin^2\left(\frac{x}{2}\right)$$$ 將餘弦改寫並化簡:

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

令 $$$u=\frac{x}{2}$$$。

則 $$$du=\left(\frac{x}{2}\right)^{\prime }dx = \frac{dx}{2}$$$ (步驟見»)，並可得 $$$dx = 2 du$$$。

該積分變為

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

將被積函數改寫為以餘割函數表示:

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

$$$\csc^{2}{\left(u \right)}$$$ 的積分是 $$$\int{\csc^{2}{\left(u \right)} d u} = - \cot{\left(u \right)}$$$：

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

回顧一下 $$$u=\frac{x}{2}$$$：

$$- \cot{\left({\color{red}{u}} \right)} = - \cot{\left({\color{red}{\left(\frac{x}{2}\right)}} \right)}$$

因此，

$$\int{\frac{1}{1 - \cos{\left(x \right)}} d x} = - \cot{\left(\frac{x}{2} \right)}$$

加上積分常數：

$$\int{\frac{1}{1 - \cos{\left(x \right)}} d x} = - \cot{\left(\frac{x}{2} \right)}+C$$

$$$\int \frac{1}{1 - \cos{\left(x \right)}}\, dx = - \cot{\left(\frac{x}{2} \right)} + C$$$A