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

此計算器將求出 $$$\frac{1}{\sin{\left(x \right)}}$$$ 的不定積分(原函數),並顯示步驟。

相關計算器: 定積分與廣義積分計算器

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$$$\int \frac{1}{\sin{\left(x \right)}}\, dx$$$

解答

使用倍角公式 $$$\sin\left(x\right)=2\sin\left(\frac{x}{2}\right)\cos\left(\frac{x}{2}\right)$$$ 重寫正弦:

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

將分子與分母同時乘以 $$$\sec^2\left(\frac{x}{2} \right)$$$:

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

$$$u=\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}$$$

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

該積分變為

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

$$$\frac{1}{u}$$$ 的積分是 $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$

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

回顧一下 $$$u=\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}$$$

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

因此,

$$\int{\frac{1}{\sin{\left(x \right)}} d x} = \ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right| \right)}$$

加上積分常數:

$$\int{\frac{1}{\sin{\left(x \right)}} d x} = \ln{\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right| \right)}+C$$

答案

$$$\int \frac{1}{\sin{\left(x \right)}}\, dx = \ln\left(\left|{\tan{\left(\frac{x}{2} \right)}}\right|\right) + C$$$A


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