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Übung

$\int\frac{1}{4sec\left(x\right)-1}dx$

Schritt-für-Schritt-Lösung

1

Wir können das Integral $\int\frac{1}{4\sec\left(x\right)-1}dx$ 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

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

Vereinfachung

$\int\frac{2\left(1-t^{2}\right)}{\left(4\left(1+t^{2}\right)-\left(1-t^{2}\right)\right)\left(1+t^{2}\right)}dt$
5

Wenden Sie die Formel an: $\int\frac{ab}{c}dx$$=a\int\frac{b}{c}dx$, wobei $a=2$, $b=1-t^{2}$ und $c=\left(4\left(1+t^{2}\right)-\left(1-t^{2}\right)\right)\left(1+t^{2}\right)$

$2\int\frac{1-t^{2}}{\left(4\left(1+t^{2}\right)-\left(1-t^{2}\right)\right)\left(1+t^{2}\right)}dt$
6

Wenden Sie die Formel an: $x\left(a+b\right)$$=xa+xb$, wobei $a=1$, $b=t^{2}$, $x=4$ und $a+b=1+t^{2}$

$2\int\frac{1-t^{2}}{\left(4+4t^{2}-\left(1-t^{2}\right)\right)\left(1+t^{2}\right)}dt$
7

Wenden Sie die Formel an: $x\left(a+b\right)$$=xa+xb$, wobei $a=1$, $b=-t^{2}$, $x=-1$ und $a+b=1-t^{2}$

$2\int\frac{1-t^{2}}{\left(4+4t^{2}-1+t^{2}\right)\left(1+t^{2}\right)}dt$
8

Vereinfachen Sie den Ausdruck

$2\int\frac{1-t^{2}}{\left(3+5t^{2}\right)\left(1+t^{2}\right)}dt$
9

Umschreiben des Bruchs $\frac{1-t^{2}}{\left(3+5t^{2}\right)\left(1+t^{2}\right)}$ in $2$ einfachere Brüche durch partielle Bruchzerlegung

$\frac{4}{3+5t^{2}}+\frac{-1}{1+t^{2}}$
10

Erweitern Sie das Integral $\int\left(\frac{4}{3+5t^{2}}+\frac{-1}{1+t^{2}}\right)dt$ mit Hilfe der Summenregel für Integrale in $2$ Integrale, um dann jedes Integral einzeln zu lösen

$2\int\frac{4}{3+5t^{2}}dt+2\int\frac{-1}{1+t^{2}}dt$
11

Das Integral $2\int\frac{4}{3+5t^{2}}dt$ ergibt sich: $\frac{8\sqrt{\frac{3}{5}}\arctan\left(\sqrt{\frac{5}{3}}t\right)}{3}$

$\frac{8\sqrt{\frac{3}{5}}\arctan\left(\sqrt{\frac{5}{3}}t\right)}{3}$
12

Das Integral $2\int\frac{-1}{1+t^{2}}dt$ ergibt sich: $-2\arctan\left(t\right)$

$-2\arctan\left(t\right)$
13

Sammeln Sie die Ergebnisse aller Integrale

$\frac{8\sqrt{\frac{3}{5}}\arctan\left(\sqrt{\frac{5}{3}}t\right)}{3}-2\arctan\left(t\right)$
14

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

$\frac{8\sqrt{\frac{3}{5}}\arctan\left(\sqrt{\frac{5}{3}}\tan\left(\frac{x}{2}\right)\right)}{3}-2\arctan\left(\tan\left(\frac{x}{2}\right)\right)$
15

Vereinfachen Sie den Ausdruck

$\frac{8\sqrt{\frac{3}{5}}\arctan\left(\sqrt{\frac{5}{3}}\tan\left(\frac{x}{2}\right)\right)}{3}-x$
16

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

$\frac{8\sqrt{\frac{3}{5}}\arctan\left(\sqrt{\frac{5}{3}}\tan\left(\frac{x}{2}\right)\right)}{3}-x+C_0$

Endgültige Antwort auf das Problem

$\frac{8\sqrt{\frac{3}{5}}\arctan\left(\sqrt{\frac{5}{3}}\tan\left(\frac{x}{2}\right)\right)}{3}-x+C_0$

Wie sollte ich dieses Problem lösen?

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log
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asin
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acot
asec
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