$$$\frac{\cos{\left(\frac{x}{2} - 1 \right)}}{\sin^{2}{\left(\frac{x}{2} - 1 \right)}}$$$ 的積分

求$$$\int \frac{\cos{\left(\frac{x}{2} - 1 \right)}}{\sin^{2}{\left(\frac{x}{2} - 1 \right)}}\, dx$$$。

令 $$$u=\sin{\left(\frac{x}{2} - 1 \right)}$$$。

則 $$$du=\left(\sin{\left(\frac{x}{2} - 1 \right)}\right)^{\prime }dx = \frac{\cos{\left(\frac{x}{2} - 1 \right)}}{2} dx$$$ (步驟見»)，並可得 $$$\cos{\left(\frac{x}{2} - 1 \right)} dx = 2 du$$$。

該積分可改寫為

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

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$，使用 $$$c=2$$$ 與 $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u^{2}}$$$：

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

套用冪次法則 $$$\int u^{n}\, du = \frac{u^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$，以 $$$n=-2$$$：

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

回顧一下 $$$u=\sin{\left(\frac{x}{2} - 1 \right)}$$$：

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

因此，

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

加上積分常數：

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

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