7.2: Integrals ya trigonometric
- Kutatua matatizo ya ushirikiano kuwashirikisha bidhaa na mamlaka yasinx nacosx.
- Kutatua matatizo ya ushirikiano kuwashirikisha bidhaa na mamlaka yatanx nasecx.
- Tumia formula za kupunguza kutatua integrals trigonometric.
Katika sehemu hii tunaangalia jinsi ya kuunganisha bidhaa mbalimbali za kazi za trigonometric. Hizi integrals huitwa integrals trigonometric. Wao ni sehemu muhimu ya mbinu ya ushirikiano iitwayo trigonometric badala, ambayo ni featured katika Trigonometric Badala. Mbinu hii inatuwezesha kubadili maneno ya algebraic ambayo hatuwezi kuunganisha katika maneno yanayohusisha kazi za trigonometric, ambazo tunaweza kuunganisha kwa kutumia mbinu zilizoelezwa katika sehemu hii. Aidha, aina hizi za integrals kuonekana mara kwa mara wakati sisi kujifunza polar, cylindrical, na spherical kuratibu mifumo baadaye. Hebu tuanze utafiti wetu na bidhaa zasinx nacosx.
Kuunganisha Bidhaa na Mamlaka ya dhambi x na cos x
Wazo muhimu nyuma ya mkakati kutumika kuunganisha mchanganyiko wa bidhaa na mamlaka yasinx nacosx inahusisha kuandika upya maneno haya kama kiasi na tofauti ya integrals ya fomu∫sinjxcosxdx au∫cosjxsinxdx. Baada ya kuandika upya integrals hizi, sisi kutathmini yao kwa kutumiau -badala. Kabla ya kuelezea mchakato wa jumla kwa undani, hebu tuangalie mifano ifuatayo.
Tathmini∫cos3xsinxdx.
Suluhisho
Matumiziu -badala na basiu=cosx. Katika kesi hiyo,du=−sinxdx.
Hivyo,
∫cos3xsinxdx=−∫u3du=−14u4+C=−14cos4x+C.
Tathmini∫sin4xcosxdx.
- Kidokezo
-
Hebuu=sinx.
- Jibu
-
∫sin4xcosxdx=15sin5x+C
Tathmini∫cos2xsin3xdx.
Suluhisho
Kubadili hii muhimu kwa integrals ya∫cosjxsinxdx, fomu upyasin3x=sin2xsinx na kufanya badalasin2x=1−cos2x.
Hivyo,
\ (\ displaystyle\ kuanza {align*}\ cos ^ 2x\ dhambi ^ 3x\, dx &=\ cos ^ 2x (1-\ cos ^ 2x)\ dhambi x\, dx & &\ maandishi {Hebu} u=\ cos x;\;\ maandishi {kisha} du=-\ dhambi x\, dx.\\ [4pt]
&=Δ u ^ 2 (1—u ^ 2)\, du\\ [4pt]
&=( u ^ 4,1u ^ 2)\, du\\ [4pt]
&=\ frac {1} {5} u^5—frac {1} {3} U ^ 3+c\\ [4pt]
&=\ frac {1} {5}\ cos^5x\ frac {1} {3}\ COS ^ 3x+C.\ mwisho {align*}\)
Tathmini∫cos3xsin2xdx.
- Kidokezo
-
Andikacos3x=cos2xcosx=(1−sin2x)cosx na uacheu=sinx.
- Jibu
-
∫cos3xsin2xdx=13sin3x−15sin5x+C
Katika mfano unaofuata, tunaona mkakati ambayo lazima kutumika wakati kuna tu hata mamlaka yasinx nacosx. Kwa integrals ya aina hii, utambulisho
sin2x=12−12cos(2x)=1−cos(2x)2
na
cos2x=12+12cos(2x)=1+cos(2x)2
ni muhimu sana. Utambulisho huu wakati mwingine hujulikana kama utambulisho wa kupunguza nguvu na wanaweza kuwa inayotokana na utambulisho wa pembe mbilicos(2x)=cos2x−sin2x na utambulisho wa Pythagoreancos2x+sin2x=1.
Tathmini∫sin2xdx.
Suluhisho
Kutathmini hii muhimu, hebu kutumia utambulisho trigonometricsin2x=12−12cos(2x). Hivyo,
∫sin2xdx=∫(12−12cos(2x))dx=12x−14sin(2x)+C.
Tathmini∫cos2xdx.
- Kidokezo
-
cos2x=12+12cos(2x)
- Jibu
-
∫cos2xdx=12x+14sin(2x)+C
Mchakato wa jumla wa kuunganisha bidhaa za nguvu zasinx nacosx ni muhtasari katika seti zifuatazo za miongozo.
Kuunganisha∫cosjxsinkxdx kutumia mikakati ifuatayo:
1. Kamak ni isiyo ya kawaida, kuandika upyasinkx=sink−1xsinx na kutumia utambulisho wasin2x=1−cos2x kuandika upyasink−1x katika suala lacosx. Unganisha kutumia ubadilishajiu=cosx. Badala hii inafanyadu=−sinxdx.
2. Kamaj ni isiyo ya kawaida, kuandika upyacosjx=cosj−1xcosx na kutumia utambulisho wacos2x=1−sin2x kuandika upyacosj−1x katika suala lasinx. Unganisha kutumia ubadilishajiu=sinx. Badala hii inafanyadu=cosxdx. (Kumbuka: Kama wote wawilij nak ni isiyo ya kawaida, ama mkakati 1 au mkakati 2 inaweza kutumika.)
3. Ikiwa wote wawilij nak ni hata, tumiasin2x=1−cos(2x)2 nacos2x=1+cos(2x)2. Baada ya kutumia kanuni hizi, kurahisisha na kuomba tena mikakati 1 kwa njia ya 3 kama inafaa.
Tathmini∫cos8xsin5xdx.
Suluhisho
Kwa kuwa nguvu juu yasinx ni isiyo ya kawaida, kutumia mkakati 1. Hivyo,
\ (\ displaystyle\ kuanza {align*}\ cos ^ 8x\ dhambi ^ 5x\, dx &=\ cos ^ 8x\ dhambi ^ 4x\ dhambi x\, dx & &\ maandishi {Kuvunja mbali}\ dhambi x.\\ [4pt]
&=\ cos ^ 8x (\ dhambi ^ 2x) ^2\ dhambi x\, dx &\ maandishi {Andika upya}\ dhambi ^ 4x= (\ dhambi ^ 2x) ^2.\\ [4pt]
&=\ cos^8x (1-\ cos ^ 2x) ^2\ dhambi x\, dx & &\ maandishi { Mbadala}\ dhambi ^ 2x=1-\ cos^2x.\\ [4pt]
&=u ^ 8 (1—u ^ 2) ^2 (-du) & &\ maandishi {Hebu} u=\ cos x\ maandishi {na} du=\ dhambi x\, dx.\\ [4pt]
&=( -u ^ 8+2u^ {10} -u^ 12 {}) du & &\ maandishi {Panua.}\ [4pt]
&=Δ\ Frac {1} {9} u ^ 9+\ frac {2} {11} u^ {11} U^ {11} -\ frac {1} {13} u^ {13} +C & & ;\ Nakala {Tathmini muhimu.}\\ [4pt]
&=\ Frac {1} {9}\ cos^9x+\ Frac {2} {11}\ cos^ {11} x\ frac {1} {13}\ cos^ {13} X+C & &\ maandishi {mbadala} u=\ cos x.\ mwisho {align*}\)
Tathmini∫sin4xdx.
Solution: Kwa kuwa nguvu juu yasinx ni hata(k=4) na nguvu juucosx ya hata ni(j=0), lazima kutumia mkakati 3. Hivyo,
\ (\ kuanza {align*}\ displaystyle\ dhambi ^ 4x\, dx &=\ kushoto (\ dhambi ^ 2x\ haki) ^2\, dx & &\ maandishi {Andika upya}\ dhambi ^ 4x=\ kushoto (\ dhambi ^ 2x\ haki) ^2.\\ [4pt]
&=\ kushoto (\ frac {1} {2}} {1} {2}\ cos (2x)\ haki) ^2\, dx & &\ maandishi {mbadala}\ dhambi ^ 2x=\ frac {1} {2} -\ Frac {1} {1} {1} {2}\ cos (2x).\\ [4pt]
& =\ kushoto (\ frac {1} {4} -\ frac {1} {2}\ cos (2x) +\ frac {1} {4}\ cos ^ 2 (2x)\ haki)\, dx & &\ maandishi {Panua}\ kushoto (\ frac {1} {2}\ cos (2x)\ haki) ^2.\\ [4pt]
&=\ kushoto (\ frac {1} {4}} -\ Frac {1} {2}\ cos (2x) +\ frac {1} {4}\ kushoto (\ frac {1} {2} +\ Frac {1} {2}\ cos (4x)\ haki)\, dx & &\ maandishi Tangu {1} {2}\ cos (4x)\ haki)\, dx & &\ maandishi Tangu {}\ cos^2 (2x )\ maandishi {ina nguvu hata, mbadala}\ cos ^2 (2x) =\ Frac {1} {2} +\ Frac {1} {2}\ cos (4x).\\ [4pt]
&=\ kushoto (\ frac {3} {8}\ frac {8} {1} {1} {2}\ cos (2x) +\ frac {1} {8} cos (4x)\ haki)\, dx & &\ maandishi {Kurahisisha.}\\ [4pt]
&=\ Frac {3} {8} x\ Frac {1} {4}\ dhambi (2x) +\ frac {1} {32}\ dhambi (4x) +C &\ maandishi { Tathmini muhimu.}\\ [4pt]\ mwisho {align*}\)
Tathmini∫cos3xdx.
- Kidokezo
-
Matumizi mkakati 2. Andikacos3x=cos2xcosx na ubadilishajicos2x=1−sin2x.
- Jibu
-
∫cos3xdx=sinx−13sin3x+C
Tathmini∫cos2(3x)dx.
- Kidokezo
-
Matumizi mkakati 3. Mbadalacos2(3x)=12+12cos(6x)
- Jibu
-
∫cos2(3x)dx=12x+112sin(6x)+C
Katika baadhi ya maeneo ya fizikia, kama vile quantum mechanics, usindikaji signal, na hesabu ya mfululizo Fourier, mara nyingi ni muhimu kuunganisha bidhaa ambazo ni pamojasin(ax),sin(bx),cos(ax), na na Integralscos(bx). hizi ni tathmini kwa kutumia utambulisho trigonometric, kama ilivyoainishwa katika utawala zifuatazo.
Kuunganisha bidhaa kuwashirikishasin(ax),sin(bx),cos(ax), nacos(bx), kutumia substitutions
sin(ax)sin(bx)=12cos((a−b)x)−12cos((a+b)x)
sin(ax)cos(bx)=12sin((a−b)x)+12sin((a+b)x)
cos(ax)cos(bx)=12cos((a−b)x)+12cos((a+b)x)
Hizi formula inaweza kuwa inayotokana na jumla ya-angle formula kwa sine na cosine.
Tathmini∫sin(5x)cos(3x)dx.
Solution: Tumia utambulishosin(5x)cos(3x)=12sin(2x)+12sin(8x). Hivyo,
∫sin(5x)cos(3x)dx=∫12sin(2x)+12sin(8x)dx=−14cos(2x)−116cos(8x)+C.
Tathmini∫cos(6x)cos(5x)dx.
- Kidokezo
-
Mbadalacos(6x)cos(5x)=12cosx+12cos(11x).
- Jibu
-
∫cos(6x)cos(5x)dx=12sinx+122sin(11x)+C
Kuunganisha Bidhaa na Mamlaka yatanx nasecx
Kabla ya kujadili ushirikiano wa bidhaatanx na mamlaka ya nasecx, ni muhimu kukumbuka integrals kuwashirikishatanx nasecx sisi tayari kujifunza:
1. ∫sec2xdx=tanx+C
2. ∫secxtanxdx=secx+C
3. ∫tanxdx=ln|secx|+C
4. ∫secxdx=ln|secx+tanx|+C.
Kwa integrals zaidi ya bidhaatanx na nguvu ya nasecx, sisi kuandika tena kujieleza tunataka kuunganisha kama jumla au tofauti ya integrals ya fomu∫tanjxsec2xdx au∫secjxtanxdx. Kama tunavyoona katika mfano unaofuata, tunaweza kutathmini integrals hizi mpya kwa kutumia u-badala.
Tathmini∫sec5xtanxdx.
Suluhisho: Anza kwa kuandika upyasec5xtanx kamasec4xsecxtanx.
\ (\ displaystyle\ kuanza {align*}\ sec ^ 5x\ tan x\, dx &=\ sec ^ 4 x\ sec x\ tan x\, dx\\ [4pt]
&=u ^ 4\, du & &\ maandishi {Hebu} u=\ sec x\,\ sec x\ tan x\,\ maandishi {kisha},\, du=\ sec x\ tan x\, dx.\\ [4pt]
&=\ tfrac {1} {5} U ^ 5+C & &\ maandishi {Tathmini muhimu.}\\ [4pt]
&=\\ tfrac {1} {5}\ sec ^ 5 x+C &\ maandishi {mbadala}\ sec x = u.\ mwisho {align*}\)
Unaweza kusoma baadhi ya habari ya kuvutia katika tovuti hii kujifunza kuhusu muhimu ya kawaida kuwashirikisha secant.
Tathmini∫tan5xsec2xdx.
- Kidokezo
-
Hebuu=tanx nadu=sec2x.
- Jibu
-
∫tan5xsec2xdx=16tan6x+C
Sasa tunaangalia mikakati mbalimbali ya kuunganisha bidhaa na nguvu zasecx natanx.
Kuunganisha∫tankxsecjxdx, kutumia mikakati ifuatayo:
1. Kamaj ni hata naj≥2, kuandika upyasecjx=secj−2xsec2x nasec2x=tan2x+1 kutumia kuandika upyasecj−2x katika suala latanx. Hebuu=tanx nadu=sec2x.
2. Kamak ni isiyo ya kawaida naj≥1, kuandika upyatankxsecjx=tank−1xsecj−1xsecxtanx natan2x=sec2x−1 kutumia kuandika upyatank−1x katika suala lasecx. Hebuu=secx nadu=secxtanxdx. (Kumbuka: Kamaj ni hata nak ni isiyo ya kawaida, basi ama mkakati 1 au mkakati 2 inaweza kutumika.)
3. Kamak ni isiyo ya kawaida ambapok≥3 naj=0, kuandika upyatankx=tank−2xtan2x=tank−2x(sec2x−1)=tank−2xsec2x−tank−2x. Inaweza kuwa muhimu kurudia mchakato huu juu yatank−2x muda.
4. Ikiwak ni hata na isiyoj ya kawaida, kisha utumietan2x=sec2x−1 kuelezeatankx kwa suala lasecx. Matumizi ya ushirikiano na sehemu ya kuunganisha nguvu isiyo ya kawaida yasecx.
Tathmini∫tan6xsec4xdx.
Suluhisho
Kwa kuwa nguvu juusecx ni hata, kuandika upyasec4x=sec2xsec2x nasec2x=tan2x+1 kutumia kuandika upya kwanzasec2x katika suala latanx. Hivyo,
\ (\ kuanza {align*}\ displaystyle\ tan^6x\ sec ^ 4x\, dx &=\ tan ^ 6x (\ tan^2x+1)\ sec ^ 2x\, dx\\ [4pt]
&=u ^ 6 (u ^ 2+1)\, du & &\ maandishi {Hebu} u=\ tan x\ maandishi {na} du=\ sec ^ 2x.\\ [4pt]
&=( u ^ 8+u ^ 6)\, du & &\ maandishi {Panua.}\\ [4pt]
&=\ Frac {1} {9} u ^ 9+\ frac {1} {7} u^ 7+C & &\ maandishi {Tathmini muhimu.}\\ [4pt]
&=\ Frac {1} {9}\ tan ^ 9x+\ frac {1} {7}\ Tan ^ 7x+C. & &\ maandishi {mbadala}\ tan x = u.\ mwisho {align*}\)
Tathmini∫tan5xsec3xdx.
Suluhisho
Kwa kuwa nguvu juutanx ni isiyo ya kawaida, kuanza kwa kuandika upyatan5xsec3x=tan4xsec2xsecxtanx. Hivyo,
\ (\ kuanza {align*}\ displaystyle\ tan^5x\ sec ^ 3x\, dx&=\ tan^4x\ sec ^ 2x\ sec x\ tan x.\\ [4pt]
&=(\ tan^2x) ^2\ sec ^ 2x\ sec x\ tan x\, dx & &\ maandishi {Andika}\ tan ^ 4x =(\ tan^4x = (\ tank x\ ^ 2x) ^2.\\ [4pt]
&=(\ sec ^ 2x-1) ^2\ sec ^ 2x\ sec x\ tan x\, dx & &\ maandishi {Matumizi}\ tan^2x=\ sec ^ 2x-1.\\ [4pt]
&=( u ^ 2,11) ^2u ^ 2du & &\ maandishi {Hebu} u=\ sec x\ maandishi {na} du=\ sec x\ tan x\, dx\\ [4pt]
&=( u ^ 6,12u ^ 4+u ^ 2) du & &\ maandishi {Panua.}\\ [4pt]
&=\ frac {1} {7} u ^ 7\ frac {2} {5} u ^ 5+\ Frac {1} {3} U ^ 3+C &\ maandishi {Unganisha.}\\ [4pt]
&=\ Frac {1 } {7}\ sec ^ 7x—Frac {2} {5}\ sec ^ 5x+\ frac {1} {3}\ sec ^ 3x+C & &\ maandishi {mbadala}\ sec x = u.\ mwisho {align*}\)
Tathmini∫tan3xdx.
Suluhisho
Anza kwa kuandika upyatan3x=tanxtan2x=tanx(sec2x−1)=tanxsec2x−tanx. Hivyo,
\ ({2}\ kuanza {align*}\ displaystyle\ tan ^ 3x\, dx &= (\ tan x\ sec ^ 2x—tan x)\, dx\\ [4pt]
&=\ tan x\ sec ^ 2x\, dx\\ tan x\, dx\\ [4pt]
&=\ Frac {1}\ tan ^ 2x2x\ -\ ln |\ sec x|+C.\ mwisho {align*}\)
Kwa muhimu ya kwanza, tumia badalau=tanx. Kwa muhimu ya pili, tumia formula.
Unganisha∫sec3xdx.
Suluhisho
Hii muhimu inahitaji ushirikiano na sehemu. Kuanza, basiu=secx nadv=sec2x. Uchaguzi huu kufanyadu=secxtanx nav=tanx. Hivyo,
\ (\ kuanza {align*}\ displaystyle\ sec ^ 3x\, dx &=\ sec x\ tan x-\ tan x\ sec x\ tan x\\ tan x\, dx\\ [4pt]
&=\ sec x\ tan ^ 2x\ sec x\\, dx & &\ maandishi {Kurahisisha.}\\ [4pt]
&=\ sec x\ tan x-(\ sec ^ 2x-1)\ sec x\, dx & &\ maandishi {mbadala}\ tan^2x=\ sec ^ 2x-1.\\ [4pt]
& amp; =\ sec x\ tan x+\ sec x\, dx-\ sec ^ 3x\, dx & &\ maandishi {Andika upya.}\\ [4pt]
&=\ sec x\ tan x+\ ln|\ sec x+\ tan x|-\ sec ^ 3x\, dx. & &\ maandishi {Tathmini}\ sec x\, dx. \ mwisho {align*}\)
Sasa tuna
∫sec3xdx=secxtanx+ln|secx+tanx|−∫sec3xdx.
Kwa kuwa muhimu∫sec3xdx imetokea tena upande wa kulia, tunaweza kutatua kwa kuiongeza∫sec3xdx kwa pande zote mbili. Kwa kufanya hivyo, sisi kupata
2∫sec3xdx=secxtanx+ln|secx+tanx|.
Kugawanya na 2, tunawasili
∫sec3xdx=12secxtanx+12ln|secx+tanx|+C
Tathmini∫tan3xsec7xdx.
- Kidokezo
-
Tumia Mfano7.2.9 kama mwongozo.
- Jibu
-
∫tan3xsec7xdx=19sec9x−17sec7x+C
Kupunguza formula
Kutathmini maadili∫secnxdx yan ambapon ni isiyo ya kawaida inahitaji ushirikiano na sehemu. Aidha, ni lazima pia kujua thamani ya∫secn−2xdx kutathmini∫secnxdx. Tathmini ya∫tannxdx pia inahitaji kuwa na uwezo wa kuunganisha∫tann−2xdx. Ili kufanya mchakato iwe rahisi, tunaweza kupata na kutumia kanuni zifuatazo za kupunguza nguvu. Sheria hizi zinatuwezesha kuchukua nafasi muhimu ya nguvu yasecx autanx kwa umuhimu wa nguvu ya chini yasecx autanx.
∫secnxdx=1n−1secn−2xtanx+n−2n−1∫secn−2xdx
∫tannxdx=1n−1tann−1x−∫tann−2xdx
Utawala wa kwanza wa kupunguza nguvu unaweza kuthibitishwa kwa kutumia ushirikiano na sehemu. pili inaweza kuthibitishwa kwa kufuata mkakati ilivyoainishwa kwa ajili ya kuunganisha nguvu isiyo ya kawaida yatanx.
Tumia formula ya kupunguza ili kutathmini∫sec3xdx.
Suluhisho: Kwa kutumia formula ya kwanza ya kupunguza, tunapata
\ (\ kuanza {align*}\ displaystyle\ sec ^ 3x\, dx &=\ Frac {1} {2}\ sec x\ tan x+\ frac {1} {2}\ sec x\\, dx\\ [4pt]
&=\ frac {1} {2}\ frac {1}\ ln|\ sekunde x+\ tan x|+C.\ mwisho {align*}\)
Tathmini∫tan4xdx.
Suluhisho: Kutumia formula ya kupunguza kwa∫tan4xdx tuna
\ (\ kuanza {align*}\ displaystyle\ tan^4x\, dx &=\ Frac {1} {3}\ tan ^ 3x-\ tan^2x\, dx\\ [4pt]
&=\ frac {1} {3}\ tan ^ 3x\ tan ^ 0x\, dx) & &\ maandishi {formula ya kupunguza kwa}\ tan^2x\, dx.\\ [4pt]
&=\ frac {1} {3}\ tan^3x-tan x+1\, dx & &\ maandishi {Kurahisisha.}\\ [4pt]
&=\ frac {1} {3}\ tan^3x-tan X+X+C &\ maandishi {Tathmini} 1\, dx\ mwisho {align*}\)
Tumia formula ya kupunguza∫sec5xdx.
- Kidokezo
-
Tumia formula ya kupunguza 1 na uachen=5.
- Jibu
-
∫sec5xdx=14sec3xtanx+34∫sec3x
Dhana muhimu
Integrals ya kazi trigonometric inaweza kupimwa na matumizi ya mikakati mbalimbali. Mikakati hii ni pamoja na
- Kutumia utambulisho wa trigonometric kuandika upya muhimu ili iweze kutathminiwa nau -badala
- Kutumia ushirikiano na sehemu
- Kutumia utambulisho wa trigonometric kuandika upya bidhaa za sines na cosines na hoja tofauti kama jumla ya kazi za sine na cosine binafsi
- Kutumia formula za kupunguza
Mlinganyo muhimu
Kuunganisha bidhaa zinazohusishasin(ax),sin(bx),cos(ax), nacos(bx), kutumia mbadala.
- Bidhaa za Sine
sin(ax)sin(bx)=12cos((a−b)x)−12cos((a+b)x)
- Bidhaa za Sine na Cosine
sin(ax)cos(bx)=12sin((a−b)x)+12sin((a+b)x)
- Bidhaa za Cosine
cos(ax)cos(bx)=12cos((a−b)x)+12cos((a+b)x)
- Mfumo wa Kupunguza Nguvu
∫secnxdx=1n−1secn−2xtanx+n−2n−1∫secn−2xdx
- Mfumo wa Kupunguza Nguvu
∫tannxdx=1n−1tann−1x−∫tann−2xdx
faharasa
- formula ya kupunguza nguvu
- sheria ambayo inaruhusu muhimu ya nguvu ya kazi ya trigonometric kubadilishana kwa muhimu inayohusisha nguvu ya chini
- trigonometric muhimu
- muhimu kuwashirikisha nguvu na bidhaa za kazi trigonometric