Как найти интеграл от sin квадрат

Интеграл от синуса в квадратеЧасто при решении прикладных задач возникают ситуации когда требуется найти неопределенный интеграл от синуса или косинуса в некоторой натуральной степени, в частности, от синуса или косинуса в квадрате, в этих случаях для нахождения неопределенного интеграла требуется воспользоваться формулами понижения степени

sin^2x=dfrac{1-cos 2x}{2}  forall xin{mathbb R},,quad cos^2x=dfrac{1+cos 2x}{2}  forall xin{mathbb R}.

Рассмотрим следующий неопределенные интегралы от синуса в квадрате:

displaystyle intsin^2x;dx= displaystyleintdfrac{1-cos 2x}{2};dx= displaystyledfrac{1}{2} int dx-dfrac{1}{2} int cos2x dx=

displaystyle =dfrac{1}{2} x-dfrac{1}{2cdot2} int cos 2x;d(2x)= displaystyle dfrac{x}{2}-dfrac{1}{4} sin 2x+C   forall xin{mathbb R},

где C — произвольная вещественная постоянная.

Таким образом:

displaystyle intsin^2x;dx= dfrac{x}{2}-dfrac{1}{4} sin 2x+C   forall xin{mathbb R}.

Здесь при нахождении неопределенного интеграла от синуса во второй степени были использованы:

displaystyle dx=dfrac{d(alpha x)}{alpha}   alphane 0, quad    displaystyle int dF(x)=F(x)+C, quad    displaystyle int cos u;du=sin u+C.

В следующем практическом видео-занятии по теме «Неопределенный интеграл: интегрировании некоторых тригонометрических функций» приведено подробное решение задачи о нахождении  интеграла от sin в квадрате.

Интеграл от синус икс в квадрате

Автор статьи

Эксперт по предмету «Математика»

Задать вопрос автору статьи

При нахождении интеграла $int sin^m xdx$ используют разные методы интегрирования. В нашем случае степень чётная. Поэтому мы применим метод с использованием следующей формулы: $sin^2 x =frac{1-cos 2x}{2}.$

Приведём решение.

Пример 1

$intsin^2 xdx=intfrac{1-cos 2x}{2}dx=frac{1}{2}int(1-cos 2x)dx=frac{1}{2}x-frac{1}{4}sin 2x+C.$

Решим пример, когда использование формулы не требуется:

Пример 2

$intsin^2 xcos xdx$.

Подставим $sin x = t$.

$int t^24dt=frac{1}{3}t^3+С=frac{1}{3}sin^3x+C$

Интеграл от синус икс в квадрате решается одним из методов интегрирования тригонометрических функций, который мы описали. В разных примерах могут понадобиться преобразующие формулы из курса тригонометрии и различные виды подстановки. Навык правильно и быстро интегрировать приходит в процессе самостоятельного решения примеров.

Находи статьи и создавай свой список литературы по ГОСТу

Поиск по теме

Дата последнего обновления статьи: 04.05.2023

Интеграл от синуса

Интеграл от синуса по таблице интегрирования равен: $$ int sin x dx = – cos x + C $$

Словами это читается так: интеграл от синуса равен сумме отрицательного косинуса и произвольной постоянной.

Пример 1
Найти интеграл от синус 2x: $$ int sin 2x dx $$
Решение

Напрямую интеграл взять не получится, так как аргумент синуса и знака дифференциала отличаются. Выполняем подведение под дифференциал $ 2x $ и добавляем перед интегралом дробь $ frac{1}{2} $:

$$ int sin 2x dx = frac{1}{2} int sin 2x d(2x) = -frac{1}{2} cos 2x + C $$

Если не получается решить свою задачу, то присылайте её к нам. Мы предоставим подробное решение онлайн. Вы сможете ознакомиться с ходом вычисления и почерпнуть информацию. Это поможет своевременно получить зачёт у преподавателя!

Ответ
$$ int sin 2x dx = -frac{1}{2} cos 2x + C $$
Пример 2
Найти интеграл от синуса в квадрате: $$ int sin^2 x dx $$
Решение

В данном случае необходимо воспользоваться одной из тригонометрических формул. Конкретно формулой понижения степени синуса: $$ sin^2 x = frac{1-cos 2x}{2} $$

Заменяем выражение под интегралом:

$$ int sin^2 x dx = int frac{1-cos 2x}{2} dx = frac{1}{2} int (1-cos 2x) dx = $$

$$ = frac{1}{2} int 1dx – frac{1}{2} int cos 2x dx = frac{1}{2}x – frac{1}{2}cdotfrac{1}{2}int cos 2x d(2x) = $$

$$ = frac{1}{2}x – frac{1}{4}sin 2x + C $$

Ответ
$$ int sin^2 x dx = frac{1}{2}x – frac{1}{4}sin 2x + C $$
Пример 3
Найти интеграл от синуса в кубе: $$ int sin^3 x dx $$
Решение

Здесь нужно вспомнить свойство степеней и учесть: $$ sin^3 x = sin x cdot sin^2 x $$

Подставляем, полученное выражение в интеграл и заносим $ sin x $ под знак дифференциала:

$$ int sin^3 x dx = int sin x sin^2 x dx = – int sin^2 x d(cos x) = $$

Далее используем свойство $ sin^2 x = 1 – cos^2 x $:

$$ = -int (1-cos^2 x) d(cos x) = -int d(cos x) + int cos^2 x d(cos x) = $$

$$ = – cos x + frac{cos^3 x}{3} + C = frac{1}{3} cos^3 x – cos x + C $$

Ответ

$$ int sin^3 x dx = frac{1}{3} cos^3 x – cos x + C $$

Пример 4
Вычислить определенный интеграл от синуса: $$ int_0^pi sin x dx $$
Решение

Вычисление начнем как в случае с неопределенным интегралом и в конце используем формулу Ньютона-Лейбница $ int_a^b f(x) dx = F(x) bigg |_a^b = F(b)-F(a) $:

$$ int_0^pi sin x dx = -cos x bigg |_0^pi = -cos pi + cos 0 = -(-1) + 1 = 1+1=2 $$

Ответ
$$ int_0^pi sin x dx = 2 $$

Ответы Mail.ru


Образование


ВУЗы, Колледжи


Детские сады
Школы
Дополнительное образование
Образование за рубежом
Прочее образование

Вопросы – лидеры.

frenky

Особенности перевода в другой ВУЗ


1 ставка

frenky

Помогите решить задачи в Excel


1 ставка

frenky

Основные понятия и законы химии.
Билет №3
Помоги пожалуйста срочно!!!!!!!!!!!


1 ставка

frenky

Реставрационно-художественный колледж СПб


1 ставка

frenky

Вопрос по физике


1 ставка

Лидеры категории

Лена-пена


Лена-пена

Искусственный Интеллект

М.И.


М.И.

Искусственный Интеллект

Y.Nine


Y.Nine

Искусственный Интеллект

king71alex
Куклин Андрей
Gentleman
Dmitriy
•••

Как найти интеграл от синус квадрат х?

Кронос К



Профи

(643),
закрыт



13 лет назад

Лучший ответ

Юрик

Высший разум

(117860)


13 лет назад

Воспользоваться формулой понижения порядка
sin²x=(1/2)•(1-cos2x).

Остальные ответы

Похожие вопросы

Подставим все в формулу интегрирования по частям и приведем интеграл к табличному, тогда будем иметь:

Методы не применяются для интегрирования функций вида

; ; ; ;

; , т.е. от тригонометрических функций,

умноженных на многочлен. Такие интегралы интегрируются по частям.

При нахождении интегралов от тригонометрических функций используется ряд методов:

Использование тригонометрических формул Понижение степени подынтегральной функции Метод замены переменной Универсальная тригонометрическая подстановка

При работе с тригонометрическими функциями следует помнить, что:

Косинус – это четная функция, то есть , минус исчезает без всяких последствий.

Синус – функция нечетная: – здесь минус, наоборот – не пропадает, а выносится.

Использование тригонометрических формул

Пример34

Найти интеграл.

Используем формулу: и метод подведения под знак дифференциала

Пример 35

Найти интеграл

Для упрощения подынтегральной функции воспользуемся тригонометрическими функциями. Затем с помощью свойств интеграла приведем данный интеграл к табличному виду.

Пример 36

Найти интеграл.

Используем формулу: и метод подведения под знак дифференциала.

Пример 37

Найти интеграл.

Используем формулу:

Пример 38

Найти неопределенный интеграл

Используем формулы преобразования произведения функций сначала для произведения , а затем для произведения синусов в каждом из интегралов :

В результате искомый интеграл будет равен

Понижение степени подынтегральной функции

Данный приём используют, когда в подынтегральных функциях присутствуют синусы и косинусы в чётных степенях. Для понижения степени используют

тригонометрические формулы , и , причем последняя формула чаще используется в обратном

направлении:

Интеграл вида ʃ sinn (x) cosm (x), где n и m чётные числа, решается методом

понижения степени подынтегральной функции.

Пример 39

Найти интеграл

cos2xdx = 1+cos2x2

dx =

21

(1 + cos2x)dx = 21 x + 21 sin2x + C

Используем формулу:

Пример 40

Найти интеграл

dx =

21 (1 cos3x)dx = 21 x 31 sin3x + C

sin2 23 xdx = 1−cos3x2

Используем формулу:

Пример 41

Найти интеграл

Выражаем sin4 x как (sin2 x)2 и применяем формулу

Используем формулу

В третьем слагаемом снова понижаем степень с помощью формулы .

Пример 42

Найти интеграл

Метод замены переменной

Данный приём используют, когда в подынтегральных функциях присутствуют синусы и косинусы в нечётных степенях.

Общие рекомендации :

1.за t нужно обозначить функцию, которая находится в знаменателе.

2.за t нужно обозначить ту функцию, которая, является более сложной.

3.Если в подынтегральной функции одна из тригонометрических функций (синус или косинус) находится в нечетной степени, то нужно от нечетной степени «откусить» одну функцию, а за t – обозначить другую функцию

Интеграл вида ʃ sinn (x) cosm (x), где n или m нечётные числа, решается методом замены переменной

Пример 43

Найти интеграл

Проведем замену:

Примечание: здесь можно было сделать замену , но гораздо выгоднее обозначить за весь знаменатель.

Пример 44

Найти интеграл Проводим замену

Пример 45

Найти интеграл Проведем замену:

Пример 46

Найти интеграл

Представляем cos3 x dx как cos2 x cos x dx, а cos2x выражаем через синус с помощью основного тригонометрического тождества:

Делаем замену:

Пример 47

Найти интеграл Преобразуем подынтегральное выражение:

Проведем замену:

Пример 48

Найти интеграл Проведем замену:

Пример 49

Найти неопределенный интеграл Для вычисления исходного интеграла введем замену , тогда

Подставляя это в искомый интеграл, получим

Сделаем обратную замену

Пример 50

Найти неопределенный интеграл Преобразуем подынтегральную функцию, используя основное тригонометрическое тождество

Введем замену , тогда исходный интеграл примет вид

Сделаем обратную замену и окончательно получим

Пример 51

Найти неопределенный интеграл Преобразуем подынтегральную функцию, используя вначале формулу для синуса двойного угла:

а затем, формулу для понижения степени

Универсальная тригонометрическая подстановка

Универсальная тригонометрическая подстановка – это частый случай метода замены переменной. Её можно попробовать применить, когда «не знаешь, что делать». Интегралами, где нужно применить универсальную тригонометрическую подстановку, являются интегралы вида:

, , , и т.д.

Указанная замена позволяет свести интеграл от тригонометрической функции к интегралу от рациональной функции.

При этом следует учесть, что из равенства получаем:

;

Обратите внимание, что аргумент под тангенсом должен быть в два раза меньше, чем под синусом и косинусом, т.е., в общем виде, если присутствуют функции вида:

sin(kx), cos(kx), делается подстановка tg(kx/2) = t. Еще раз, при sin2x tg(2x/2), при sin3x tg(3x/2) и т.д.

Пример 52

Найти неопределенный интеграл Воспользуемся универсальной тригонометрической подстановкой:

Пример 53

Найти неопределенный интеграл Для решения данного интеграла сделаем упрощенную тригонометрическую замену, положив что

выразим из равенства

то есть Подставим все в искомый интеграл

Сделаем обратную замену

Пример 54

Найти неопределенный интеграл Преобразуем подынтегральную функцию следующим образом:

Для нахождения первого интеграла будем использовать универсальную тригонометрическую замену

Тогда первый интеграл преобразуется следующим образом

Разложим подынтегральную функцию полученного интеграла на элементарные дроби:

Приведем к общему знаменателю дроби в правой части равенства и приравниваем числители:

Приравнивая коэффициенты при соответствующих степенях, получим такую систему для нахождения и

Тогда подынтегральная функция имеет следующее разложение на простые дроби

а соответствующий интеграл равен

Делаем обратную замену

Окончательно искомый интеграл равен:

Пример 55

Найти неопределенный интеграл. Перед применением универсальной тригонометрической подстановки необходимо понизить степени в знаменателе при помощи формул

,

Универсальная тригонометрическая подстановка:

Применение универсальной тригонометрической подстановки часто приводит к длинным и трудоемким вычислениям. Поэтому на практике универсальной тригонометрической подстановки стараются избегать (если возможно).

В ряде случаев целесообразно свести подынтегральное выражение, содержащее sinn(α) и cosm(α), к tg(α) и ее производной 1/cos2(α) т.е. произвести замену:

. Для этого можно воспользоваться формулами

; .

Метод работает, если сумма показателей степеней n+m целое четное отрицательное число .

Пример56

Найти неопределенный интеграл

Пример57

Найти неопределенный интеграл

Замена tgх =t (чтобы не запутаться)

Пример58

Найти неопределенный интеграл

Пример59

Найти неопределенный интеграл

Пример60

Найти неопределенный интеграл

Пример61

Интеграл из примера55

=

=

=

4 2 5 2

(4 2 5 2 ) 2

(4 2 5) 2

( )

=

2

1

2

1

1

2 − √5

=

4 2 5

=

= 4 2 5 =

2

(2 )2 (5)2

= 2

25

2 + 5 + =

= 4√1

5 22 +55 +

Решение значительно быстрее и проще.

6.Интегралы от дробей

Суть методов решения интегралов от дроби сводится к преобразованию дроби в сумму элементарных дробей табличного вида:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Для преобразования дроби используется комплекс приемов, основными из которых будут выделение полного квадрата, подстановка, разложение на множители, с дальнейшим преобразованием в сумму элементарных дробей.

Для решения интегралов от дроби можно придерживаться следующего алгоритма:

Определяем тип подынтегрального выражения.

1.

Для простейших дробей вида

применяется способ подведения функции

под знак дифференциала с дальнейшим интегрированием с помощью таблицы.

( + )

( + )

( + )−+

,

( + ) = ( + )

=

−+

+

Примеры:

2. Для дробей вида

,

,

,

(коэффициенты

a и c не равны нулю) также применяется способ подведения функции под знак дифференциала с дальнейшим интегрированием с помощью таблицы. (Формулы 2 – 6, см. выше).

Примеры:

3. Для дробей вида

сначала представляем

интеграл в виде суммы:

Первый интеграл берем методом подведения под знак дифференциала:

В интегралах вида

выделяем в знаменателе полный квадрат и приводим

выражение к табличному виду.

В ряде случаев, неразложимый многочлен

целесообразно представить в

необходимо вынести коэффициент за знак интеграла,

виде полного квадрата (перед этим

(

+ + )

поделив все выражение на ) по формуле:

и свести интеграл к виду:

,

или

Пример62

Найти неопределенный интеграл Квадратный трехчлен, который стоит в знаменателе подынтегральной функции, не

раскладывается на множители . Поэтому для нахождения данного интеграла выделим в знаменателе полный квадрат.

Пример63

Найти неопределенный интеграл . Для начала вынесем двойкуиз под знака радикала:

т.е. вида

В подкоренном выражении выделяем полный квадрат:

Поэтому

Пример64

4. Для дробей вида

используют метод интегрирования по частям n раз, каждый раз понижая степень знаменателя и применяя предыдущие способы. Вычисления получаются очень длинные и долгие. Или пользуемся рекуррентными формулами.

5. Дроби( ) , у которых многочлены и в числителе и в знаменателе,

( ) , где Pn(x) и Pm(x) многочлены степени n и m соответственно, перед

собственно взятием интеграла необходимо разложить на множители, а затем, преобразовать в сумму элементарных дробей.

Определяем что дробь правильная. Правильной называется дробь, у которой степень числителя меньше степени знаменателя. Если дробь неправильная, то выделяем целую часть, с оставшейся частью работаем как с правильной дробью.

Раскладываем знаменатель правильной дроби на множители и преобразуем дробь в сумму элементарных дробей.

Для преобразования дроби в сумму элементарных дробей в большинстве случаев используют метод неопределенных коэффициентов.

Метод неопределенных коэффициентов.

т.е.

Любую дробь вида

( + )( + )( + )

можно представить в виде

2+ +

2 + +

( + )( + )( + ) =

+ + + + + ,

+ ++ + +

где A, B, C неизвестные коэффициенты.

Приводим правую часть уравнения к общему знаменателю:

+

=

( + )( + ) + ( + )( + ) ( + )( + )

,

+

+Тогда

+

( + )( + )( + )

+

2

+ +

( + )( + ) + ( + )( + ) + ( + )( + )

( + )( + )( + )

( + )( + )( + )

2

+ + = ( + )( + ) + ( + )( + ) ( + )( + )

Если дроби равны= и равны их знаменатели, то должны быть равны и их числители,

:

+ + =

= 2

Раскрываем скобки

( + ) + + 2 +

( + ) + =

+

( + ) + + 2 +

= ( + + )

+

( + + + + + ) + ( + + )

= + +

Приравниваем коэффициенты в выражениях:

= ( + )

+ ( + ) + ( + )

= + +

Решая систему уравнений, находим неизвестные коэффициенты A, B, C и раскладываем

2

+ +

дробь на сумму элементарных дробей:

+

( + )( + )( + )

+

+

он приравнивается к

(

+ + )

квадратный.

многочлен вида:

Если в знаменателе встречается=

+неразложимый+

( + )(

+

1 + )

2

+

12

, где

– неразложимый квадратный многочлен (D<0), то

( + )(

сумме дробей по формуле:

+ + )

+

(

+ + )

Если в знаменателе2

встречаются=

+кратные2

множители.

вида:

1

,

1

2

1

2

( 1+ )

то они раскладываются по формуле:

( + ) =

+

2 + +

+ ( + ) +

( + )2

+ +

( + )

Пример65

Найти неопределенный интеграл Преобразуем подынтегральную функцию, расписав знаменатель согласно формуле сокращенного умножения для суммы кубов:

Тогда интеграл примет вид:

Далее разложим подынтегральную функцию на простые дроби с неопределенными коэффициентами. В нашем случае имеет место следующее разложение:

Найдем неопределенные коэффициенты, для этого приведем к общему знаменателю дроби в правой части равенства, а затем приравняем соответствующие числители

Далее приравняем коэффициенты при соответствующих степенях

Подставим, выраженные через , коэффициенты и во второе уравнение системы:

, тогда , а Таким образом, искомый интеграл будет равен:

1

1

(2 1) 3

= 3

| + 1| 6

2 + 1

=

1

1

2 1

3

=

= 3

| + 1| 6

2

+ 1

6

2 + 1

1

1

|

2

1

= 3

| + 1| 6

+ 1| + 2

2 + 1

Квадратный трехчлен, стоящий в знаменателе последнего интеграла, не раскладывается на

множители

1

1

2

. Поэтому для его нахождения выделим в

1

знаменателе полный квадрат:

3 + 1

= = 3

| + 1| 6

|

+ 1| +

2 2 + 1 =

1

| + 1|

1

|

2

1

+ 3 =

= 3

6

2

+ 1| + 2

( 1)2

1

| + 1|

1

|

1

1

2

4

= 3

6

+ 1| + 2

3

3

+ =

1

| + 1|

1

|

2

1

4

2

4

= 3

6

+ 1| + 3

3 +

Пример66

Найти неопределенный интеграл Дробь является правильной

Раскладываем знаменатель на множители, используя формулу сокращенного умножения

Методом неопределенных коэффициентов разложим подынтегральную функцию в сумму элементарных дробей:

Приводим дробь к общему знаменателю:

Составим и решим систему:

Пример67

Найти неопределенный интеграл Данная дробь является неправильной.

Основной метод решения интеграла с неправильной дробно-рациональной функцией – это

деление числителя на знаменатель.

Сначала рисуем «заготовку» для деления:

ВСЕ недостающие степени (и (или) свободные члены) без пропусков записываем в ОБОИХ многочленах с нулевыми коэффициентами

Теперь маленькая задачка, на какой множитель нужно умножить , чтобы получить ? Очевидно, что на :

Далее умножаем сначала на , потом – на , потом – на , потом – на 0 и записываем результаты слева:

Проводим черточку и производим вычитание (из верха вычитаем низ):

Старшая степень остатка равна двум, старшая степень делителя

– больше, она равна трём, значит, больше разделить не удастся. Если бы

изначально унас был в числителе многочлен пятой степени, то алгоритм деления увеличился бы на один шаг.

Итак, у нас получилась целая часть плюс остаток:

Методом неопределенных коэффициентов разложим подынтегральную функцию в сумму элементарных дробей:

6. Неопределенные интегралы иррациональных функций вида находятся методом подстановки.

В зависимости от рациональных чисел m, n и p вводят следующие новые переменные:

1.

Если p – целое число, то принимают

, где N – общий знаменатель чисел m и n.

2.

– целое число, то

, где N – знаменатель числа p.

Если +

знаменатель

+ p

– целое число, то вводят новую переменную

, где N –

3.

Если

+

числа .

привести к виду:

±

,

которые можно

Очень часто в вычислениях встречаются дроби вида

+

+

+ =

+

= +

+ = +

+

=

=

+ =

+ = 1 + =

+

=

=

+ = +

Пример68

Найти неопределенный интеграл

То есть, m = -1, n = 1, p = 1/2. Так как – целое число, то вводим новую

переменную (N = 2 – знаменатель числа p). Выражаем х через z:

Выполняем подстановку в исходный интеграл:

Пример 69

Найти неопределенный интеграл Проведем замену: . Навешиваем дифференциалы на обе части:

Вот почему дифференциалы нужно именно НАВЕШИВАТЬ на обе части и добросовестно

раскрывать эти дифференциалы. Немало чайников здесь формально напишет и допустит ошибку.

Пример70

Найти неопределенный интеграл

Проведем замену: Навешиваем дифференциалы на обе части:

С числителем разобрались. Что делать с в знаменателе? Берем нашу замену и выражаем из неё: Если , то

Пример71

Найти неопределенный интеграл Задача состоит в следующем: провести удачную замену, чтобы сразу избавиться от ВСЕХ корней.

Когда даны разные корни удобно придерживаться следующей схемы решения. Сначала выписываем на черновике подынтегральную функцию, при этом все корни представляем в

виде : . Нас будут интересовать знаменатели степеней. Записываем эти знаменатели: 2, 3, 3.

Теперь нужно найти наименьшее общее кратное чисел 2, 3, 3 – такое число, чтобы оно делилось и на 2 и на 3 (в данном случае), кроме того, это число должно быть как можно меньше.

Очевидно, что наименьшим общим кратным является число 6. Оно делится и на 2 и на 3, кроме того, меньше шестерки ничего не придумать.

Замена в рассматриваемом интеграле будет следующей: Оформляем решение:

Проведем замену:

Добавить комментарий