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Übung

$\int\frac{1}{2sin\left(x\right)cos\left(x\right)}dx$

Schritt-für-Schritt-Lösung

1

Wir können das Integral $\int\frac{1}{2\sin\left(x\right)\cos\left(x\right)}dx$ lösen, indem wir die Methode der Weierstraß-Substitution (auch bekannt als Tangens-Halbwinkel-Substitution) anwenden, die ein Integral trigonometrischer Funktionen in eine rationale Funktion von $t$ umwandelt, indem wir die Substitution setzen

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

Daher

$\sin x=\frac{2t}{1+t^{2}},\:\cos x=\frac{1-t^{2}}{1+t^{2}},\:\mathrm{und}\:\:dx=\frac{2}{1+t^{2}}dt$
3

Setzt man das ursprüngliche Integral ein, erhält man

$\int\frac{1}{2\left(\frac{2t}{1+t^{2}}\right)\left(\frac{1-t^{2}}{1+t^{2}}\right)}\frac{2}{1+t^{2}}dt$
4

Vereinfachung

$\int\frac{1+t^{2}}{2\left(1-t^{2}\right)t}dt$
5

Wenden Sie die Formel an: $\int\frac{a}{bc}dx$$=\frac{1}{c}\int\frac{a}{b}dx$, wobei $a=1+t^{2}$, $b=\left(1-t^{2}\right)t$ und $c=2$

$\frac{1}{2}\int\frac{1+t^{2}}{\left(1-t^{2}\right)t}dt$
6

Umschreiben des Bruchs $\frac{1+t^{2}}{\left(1-t^{2}\right)t}$ in $2$ einfachere Brüche durch partielle Bruchzerlegung

$\frac{2t}{1-t^{2}}+\frac{1}{t}$
7

Vereinfachen Sie den Ausdruck

$\int\frac{t}{1-t^{2}}dt+\frac{1}{2}\int\frac{1}{t}dt$
8

Wir können das Integral $\int\frac{t}{1-t^{2}}dt$ lösen, indem wir die Methode der Integration durch Substitution (auch U-Substitution genannt) anwenden. Zunächst müssen wir einen Abschnitt innerhalb des Integrals mit einer neuen Variablen identifizieren (nennen wir sie $u$), die, wenn sie substituiert wird, das Integral einfacher macht. Wir sehen, dass $1-t^{2}$ ein guter Kandidat für die Substitution ist. Definieren wir eine Variable $u$ und weisen sie dem gewählten Teil zu

$u=1-t^{2}$
9

Um nun $dt$ in $du$ umzuschreiben, müssen wir die Ableitung von $u$ finden. Um $du$ zu berechnen, können wir die obige Gleichung ableiten

$du=-2tdt$
10

Isolieren Sie $dt$ in der vorherigen Gleichung

$\frac{du}{-2t}=dt$
11

Setzen Sie $u$ und $dt$ in das Integral ein und vereinfachen Sie

$-\frac{1}{2}\int\frac{1}{u}du+\frac{1}{2}\int\frac{1}{t}dt$
12

Das Integral $-\frac{1}{2}\int\frac{1}{u}du$ ergibt sich: $-\frac{1}{2}\ln\left(1-t^{2}\right)$

$-\frac{1}{2}\ln\left(1-t^{2}\right)$
13

Das Integral $\frac{1}{2}\int\frac{1}{t}dt$ ergibt sich: $\frac{1}{2}\ln\left(t\right)$

$\frac{1}{2}\ln\left(t\right)$
14

Sammeln Sie die Ergebnisse aller Integrale

$-\frac{1}{2}\ln\left|1-t^{2}\right|+\frac{1}{2}\ln\left|t\right|$
15

Ersetzen Sie $t$ durch den Wert, den wir ihm am Anfang zugewiesen haben: $\tan\left(\frac{x}{2}\right)$

$-\frac{1}{2}\ln\left|1-\tan\left(\frac{x}{2}\right)^{2}\right|+\frac{1}{2}\ln\left|\tan\left(\frac{x}{2}\right)\right|$
16

Da das Integral, das wir lösen, ein unbestimmtes Integral ist, müssen wir am Ende der Integration die Integrationskonstante hinzufügen $C$

$-\frac{1}{2}\ln\left|1-\tan\left(\frac{x}{2}\right)^{2}\right|+\frac{1}{2}\ln\left|\tan\left(\frac{x}{2}\right)\right|+C_0$

Endgültige Antwort auf das Problem

$-\frac{1}{2}\ln\left|1-\tan\left(\frac{x}{2}\right)^{2}\right|+\frac{1}{2}\ln\left|\tan\left(\frac{x}{2}\right)\right|+C_0$

Wie sollte ich dieses Problem lösen?

  • Weierstrass Substitution
  • Produkt von Binomischen mit gemeinsamem Term
  • FOIL Method
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π
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log
log
lim
d/dx
Dx
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θ
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>
<
>=
<=
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tan
cot
sec
csc

asin
acos
atan
acot
asec
acsc

sinh
cosh
tanh
coth
sech
csch

asinh
acosh
atanh
acoth
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acsch

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