Перейти к содержанию

Тригонометрические подстановки и тригонометрические интегралы

Математика Алгебра Сложность 2/5

Начало урока

Тригонометрические подстановки и тригонометрические интегралы

Общая картина. Эта тема состоит из двух частей, которые связаны между собой:
  1. Тригонометрические интегралы — интегрирование выражений, которые уже содержат $\sin$, $\cos$, $\tan$, $\sec$ и т.д., путём преобразования с помощью тождеств.
  2. Тригонометрическая подстановка — введение тригонометрической функции в алгебраическое подынтегральное выражение для устранения квадратного корня.
Часть 2 всегда приводит к тригонометрическому интегралу, поэтому для завершения решения вам нужна Часть 1. Освойте обе — и они станут единым методом.

1. Степени синуса и косинуса: $\displaystyle\int \sin^m x\,\cos^n x\,dx$

Стратегия полностью зависит от чётности показателей степени $m$ и $n$.

Случай A — Хотя бы одна нечётная степень

Правило: Отделите один множитель функции с нечётной степенью и присоедините его к $dx$, оставшуюся чётную степень преобразуйте с помощью основного тригонометрического тождества и выполните подстановку.

СитуацияОтделяемТождествоПодстановка
$n$ (степень косинуса) нечётнаяодин $\cos x\,dx$$\cos^2 x = 1-\sin^2 x$$u=\sin x,\;du=\cos x\,dx$
$m$ (степень синуса) нечётнаяодин $\sin x\,dx$$\sin^2 x = 1-\cos^2 x$$u=\cos x,\;du=-\sin x\,dx$
Обе нечётныеЛюбой из двух — выберите тот, что прощеТо же, что вышеТо же, что выше

Быстрый пример (нечётная степень косинуса):

$$\int \sin^2 x\,\cos^3 x\,dx = \int \sin^2 x\,(1-\sin^2 x)\,\cos x\,dx$$

Пусть $u=\sin x$:

$$= \int u^2(1-u^2)\,du = \int (u^2-u^4)\,du = \frac{u^3}{3}-\frac{u^5}{5}+C = \frac{\sin^3 x}{3}-\frac{\sin^5 x}{5}+C$$
Случай B — Обе степени чётные

Правило: Многократно применяйте формулы понижения степени (половинного / двойного угла):

Продолжите этот урок на YourAIZone

В полном уроке — объяснение целиком, разобранные примеры, частые ошибки, тесты с мгновенной проверкой и ИИ-репетитор. Начните сразу как гость или создайте аккаунт, чтобы сохранять прогресс.

В полном уроке

  • Объяснение целиком
  • Разобранные примеры
  • Частые ошибки и как их избежать
  • Тестовые вопросы: 15
  • ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы по теме
  • Отслеживание прогресса для ученика, родителей и учителя