$$$\sin^{3}{\left(2 x \right)}$$$ 的積分
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求$$$\int \sin^{3}{\left(2 x \right)}\, dx$$$。
解答
令 $$$u=2 x$$$。
則 $$$du=\left(2 x\right)^{\prime }dx = 2 dx$$$ (步驟見»)，並可得 $$$dx = \frac{du}{2}$$$。
因此，
$${\color{red}{\int{\sin^{3}{\left(2 x \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\sin^{3}{\left(u \right)}}{2} d u}}}$$
套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$，使用 $$$c=\frac{1}{2}$$$ 與 $$$f{\left(u \right)} = \sin^{3}{\left(u \right)}$$$：
$${\color{red}{\int{\frac{\sin^{3}{\left(u \right)}}{2} d u}}} = {\color{red}{\left(\frac{\int{\sin^{3}{\left(u \right)} d u}}{2}\right)}}$$
提出一個正弦因子，將其餘部分用餘弦表示，使用公式 $$$\sin^2\left(\alpha \right)=-\cos^2\left(\alpha \right)+1$$$，其中 $$$\alpha= u $$$:
$$\frac{{\color{red}{\int{\sin^{3}{\left(u \right)} d u}}}}{2} = \frac{{\color{red}{\int{\left(1 - \cos^{2}{\left(u \right)}\right) \sin{\left(u \right)} d u}}}}{2}$$
令 $$$v=\cos{\left(u \right)}$$$。
則 $$$dv=\left(\cos{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = - \sin{\left(u \right)} du$$$ (步驟見»)，並可得 $$$\sin{\left(u \right)} du = - dv$$$。
因此，
$$\frac{{\color{red}{\int{\left(1 - \cos^{2}{\left(u \right)}\right) \sin{\left(u \right)} d u}}}}{2} = \frac{{\color{red}{\int{\left(v^{2} - 1\right)d v}}}}{2}$$
套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$，使用 $$$c=-1$$$ 與 $$$f{\left(v \right)} = 1 - v^{2}$$$：
$$\frac{{\color{red}{\int{\left(v^{2} - 1\right)d v}}}}{2} = \frac{{\color{red}{\left(- \int{\left(1 - v^{2}\right)d v}\right)}}}{2}$$
逐項積分：
$$- \frac{{\color{red}{\int{\left(1 - v^{2}\right)d v}}}}{2} = - \frac{{\color{red}{\left(\int{1 d v} - \int{v^{2} d v}\right)}}}{2}$$
配合 $$$c=1$$$，應用常數法則 $$$\int c\, dv = c v$$$：
$$\frac{\int{v^{2} d v}}{2} - \frac{{\color{red}{\int{1 d v}}}}{2} = \frac{\int{v^{2} d v}}{2} - \frac{{\color{red}{v}}}{2}$$
套用冪次法則 $$$\int v^{n}\, dv = \frac{v^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$，以 $$$n=2$$$：
$$- \frac{v}{2} + \frac{{\color{red}{\int{v^{2} d v}}}}{2}=- \frac{v}{2} + \frac{{\color{red}{\frac{v^{1 + 2}}{1 + 2}}}}{2}=- \frac{v}{2} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{v^{3}}{3}\right)}}}{2}$$
回顧一下 $$$v=\cos{\left(u \right)}$$$：
$$- \frac{{\color{red}{v}}}{2} + \frac{{\color{red}{v}}^{3}}{6} = - \frac{{\color{red}{\cos{\left(u \right)}}}}{2} + \frac{{\color{red}{\cos{\left(u \right)}}}^{3}}{6}$$
回顧一下 $$$u=2 x$$$：
$$- \frac{\cos{\left({\color{red}{u}} \right)}}{2} + \frac{\cos^{3}{\left({\color{red}{u}} \right)}}{6} = - \frac{\cos{\left({\color{red}{\left(2 x\right)}} \right)}}{2} + \frac{\cos^{3}{\left({\color{red}{\left(2 x\right)}} \right)}}{6}$$
因此，
$$\int{\sin^{3}{\left(2 x \right)} d x} = \frac{\cos^{3}{\left(2 x \right)}}{6} - \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2}$$
化簡：
$$\int{\sin^{3}{\left(2 x \right)} d x} = \frac{\left(\cos^{2}{\left(2 x \right)} - 3\right) \cos{\left(2 x \right)}}{6}$$
加上積分常數：
$$\int{\sin^{3}{\left(2 x \right)} d x} = \frac{\left(\cos^{2}{\left(2 x \right)} - 3\right) \cos{\left(2 x \right)}}{6}+C$$
答案
$$$\int \sin^{3}{\left(2 x \right)}\, dx = \frac{\left(\cos^{2}{\left(2 x \right)} - 3\right) \cos{\left(2 x \right)}}{6} + C$$$A