انتگرال نامعین (توابع مثلثاتی)

آخرین ویرایش: 06 اسفند 1402
دسته‌بندی: انتگرال
امتیاز:

محاسبه انتگرال به‌فرم fsinx,cosxdx

برای محاسبه انتگرال توابعی از سینوس یا کسینوس به‌صورت fsinx,cosx  dx می‌توان از تغییر متغیر u=tanx2 استفاده کرد:

if   u=tanx2

du=121+tan2x2  dx

du=121+u2  dx

dx=21+u2  du

sinx=2tanx21+tan2x2=2u1+u2

cosx=1tan2x21+tan2x2=1u21+u2

به‌طور کلی اگر تابعی برحسب سینوس یا کسینوس باشد، داریم:

fsinx,cosx  dx=f2u1+u2,1u21+u2.21+u2  du

تمرین

انتگرال های زیر را محاسبه کنید.

I=1sinx  dx

u=tanx2du=121+tan2x2  dxdu=121+u2  dxdx=21+u2  du


I=1sinx  dx    ;    sinx=2u1+u2I=1 2u1+u221+u2  duI=1+u22u21+u2  du

I=1u  duI=Lnu+cI=Lntanx2+c

I=1cosx  dx

u=tanx2du=121+tan2x2  dxdu=121+u2  dxdx=21+u2  du


I=1cosx  dx     ;    cosx=1u21+u2I=1 1u21+u2.21+u2  du

I=21+u21u2.11+u2  duI=211u2  duI=2I1    ;    A

I=212Ln1tanx2+12Ln1+tanx2

I=Ln1+tanx21tanx2+cI=Lntanπ4+x2+c


A   :   I1=11u2  du

11u2=11u1+u11u2=A1u+B1+u

11u2=A1+u+B1u1u1+u

1A1+u+B1u1A+Au+BBu1uAB+A+BAB=0A+B=1    B=12A=12


I1=11u2  duI1= 121u+ 121+u  du

I1=1211u  du+12du1+u

I1=12Ln1u+12Ln1+u

I1=12Ln1tanx2+12Ln1+tanx2

دریافت مثال

تذکر

تمام انتگرال های به‌صورت 11±cosx  dx    ,    11±sinx  dx را علاوه بر روش فوق با استفاده از ضرب صورت و مخرج در مزدوج مخرج می‌توان به‌سادگی محاسبه کرد.

تمرین

انتگرال های زیر را محاسبه کنید.

I=11+sinx  dx

I=11+sinx  dxI=11+sinx.1sinx1sinx  dxI=1sinx1sin2x  dxI=1sinxcos2x  dx

I=cos2xsinx.cos2x  dx

I=1+tan2xsinx.cos2x  dx

I=1+tan2x  dxsinx.cos2x  dx

I=tanx1cosx+c

I=11+cosx  dx

I=11+cosx  dx

I=11+cosx1cosx1cosx  dx

I=1cosx1cos2x  dxI=1cosxsin2x  dxI=1cosxsin2x  dx

I=sin2xcosx.sin2x  dx

I=sin2x  dxcosx.sin2x  dx

I=csc2x  dxcosx.sin2x  dx

I=cotgx+1sinx+c

دریافت مثال

محاسبه انتگرال به‌فرمfsin2nx,cos2nxdx

برای محاسبه انتگرال توابعی از سینوس یا کسینوس به‌صورت fsin2nx  ,  cos2nx  dx می‌توان از تغییر متغیر u=tanx استفاده نمود.

if   u=tanx

du=1+tan2x  dx

du=1+u2  dx

dx=11+u2  du

sin2x=tan2x1+tan2x=u21+u2

cos2x=11+tan2x=11+u2

I=fsin2x,cos2x  dx=fu21+u2,11+u2  11+u2  du

تمرین

انتگرال های زیر را محاسبه کنید.

I=12sin2x  dx

if   u=tanxdu=1+tan2x  dx

du=1+u2  dxdx=11+u2  dusin2x=tan2x1+tan2x=u21+u2


I=12sin2x  dx

I=12u21+u211+u2  du

I=1+u22+u2.11+u2  duI=12+u2  duI=122+u2  du    ;    AI=12Arctanu2I=12Arctantanx2+c


A   :1a2+u2  du=1aArctanua

I=1a2sin2x+b2cos2x  dx

if   u=tanx                   du=1+tan2x  dx du=1+u2  dx      dx=11+u2  du       


I=1a2sin2x+b2cos2x  dx

I= 11+u2a2u21+u2+b211+u2  du

I=1a2u2+b2  duI=1a21u2+b2a2  du


I=1a21u2+ba2  du    ;    AI=1a2.1ba.Arctanuba+cI=1abArctanabu+cI=1abArctanabtanx+c


A   :1a2+u2  du=1aArctanua

دریافت مثال

حالت اول

اگر b+c,a+c هم‌علامت باشند، آن‌گاه:

b+c.a+c>0

1u2a+c+b+c  du

=1a+cu2+b+ca+c  du

=1a+c1u2+b+ca+c  du

=1a+c.1b+ca+c.Arctanub+ca+c+c

حالت دوم

اگر b+c,a+c مختلف‌العلامه باشند، آن‌گاه:

b+c.a+c<0

1u2a+c+b+c  du

=1a+cu2+b+ca+c  du  

=1a+c1u2+b+ca+cdu

=1a+c.12b+ca+cLnb+ca+cxb+ca+c+x+c

یادآوری می‌کنیم که:

I=1x2a2  dx=12aLnaxa+x+c

محاسبه انتگرال به‌فرم acosx+bsinxccosx+dsinx  dx

برای محاسبه این انتگرال ها باید صورت کسر را به فرم حاصل جمع دو عبارت بنویسیم که یکی برابر مخرج کسر و دیگری برابر مشتق مخرج کسر باشد.

توجه شود که صورت و مخرج می‌توانند مقادیر ثابت هم داشته باشند.

(مشتق مخرج )+M(مخرج کسر)=Lصورت کسر

M و L باید محاسبه شوند.

I=acosx+bsinxccosx+dsinx  dx

I=Lccosx+dsinx+Mcsinx+dcosxccosx+dsinx  dx

I=L+Mcsinx+dcosxccosx+dsinx  dx

I=Lx+M  Lnccosx+dsinx+c

L=ac+bdc2+d2M=adbcc2+d2

تمرین

انتگرال زیر را محاسبه کنید.

I=26sinx13cosx4sinx7cosx  dx

26sinx13cosx=L4sinx7cosx+M4cosx+7sinx

26sinx13cosx=4L+7Msinx+4M7Lcosx

4L+7M=264M7L=13M=2L=3


I=26sinx13cosx4sinx7cosx  dx

I=L4sinx7cosx+M4cosx+7sinx4sinx7cosx  dx

I=34sinx7cosx+24cosx+7sinx4sinx7cosxdx

I=3+24cosx+7sinx4sinx7cosx  dxI=3x+2Ln4sinx7cosx+c

دریافت مثال

محاسبه انتگرال به‌فرم sinnx  dxcosnx  dx

حالت اول

اگر nZ و عددی فرد و مثبت باشد:

در این حالت یک سینوس یا کسینوس از عبارت جدا کرده و بقیه را که توانش زوج است با استفاده از روابط sin2x=1cos2xcos2x=1sin2x به‌نسبت دیگر تبدیل کرده سپس مانند سایر انتگرال ها حل می‌کنیم.

تمرین

انتگرال زیر را محاسبه کنید.

I=cos5x  dx

I=cos5x  dxI=cosx.cos4x  dxI=cosx.cos2x2  dxI=cosx.1sin2x2  dx

I=cosx12sin2x+sin4x  dx

I=cosx2cosx.sin2x+cosx.sin4x  dx

I=sinx23sin3x+15sin5x+c

دریافت مثال

حالت دوم

اگر nZ و عددی زوج و مثبت باشد: 

در این حالت مرتبا از فرمول های زیر استفاده می‌کنیم تا هیچ توان زوجی وجود نداشته باشد:

sin2x=1cos2x2cos2x=1+cos2x2

در این‌صورت انتگرال هر جمله قابل محاسبه است، اگر به حالت توان فرد تبدیل شود به‌صورت الف بررسی می‌کنیم.

تذکر

در محاسبه انتگرال های نامعین گاهی ممکن است جواب‌های به ظاهر متفاوت، پیدا کنیم به‌ویژه در توابع مثلثاتی.

در این‌صورت این جواب‌ها با استفاده از فرمول ها به یک‌دیگر قابل تبدیل می‌باشند، فقط تفاوت در مقادیر ثابت است.

sin2x  dx=12cos2x+c

sin2x  dx=122cos2x1+c

sin2x  dx=cos2x+c1

sin2x  dx=1sin2x+c1

sin2x  dx=sin2x+c2

تمرین

انتگرال زیر را محاسبه کنید.

I=sin4x  dx

I=sin4x  dxI=sin2x2  dxI=1cos2x22  dx

I=141+cos22x2cos2x  dx

I=141+1+cos4x22cos2x  dx

I=182+1+cos4x4cos2x  dx

I=183+cos4x4cos2x  dx

I=183x+14sin4x42sin2x+c

I=38x+132sin4x14sin2x+c

دریافت مثال

محاسبه انتگرال به‌فرم sinmx.cosnx  dx

حالت اول

با فرض این‌که از دو عدد n و m متعلق به اعداد صحیح، لااقل یکی فرد باشد، به‌صورت زیر عمل می‌نماییم:

فرض کنیم که n فرد است:

n=2k+1

I=sinmxcosnx  dx

I=sinmxcos2k+1x  dx

I=sinmx.cos2kxcosx  dx

I=sinmx1sin2xkcosx  dx    ;    A

I=um1u2kcosx1cosx  du

I=um1u2kdu

انتگرال فوق در عمل به‌راحتی قابل حل است.

A   :   u=sinxdu=cosx  dxdx=1cosx  du

تذکر

اگر دو عدد n و m هر دو فرد باشند، باز هم حالت بالا صادق است در این‌صورت فاکتور سینوس یا کسینوس را از آن که توانش کم‌تر باشد جدا می‌کنیم.  

تمرین

انتگرال های زیر را محاسبه کنید.

I=sin3xcos2x  dx

I=sin3xcos2x  dxI=sin2xsinxcos2x  dx

I=1cos2x.sinxcos2x  dx

I=sinxcos2x  dxcos4xsinx  dx    ;    A

I=13cos3x15cos5x+c

I=15cos5x13cos3x+c


A  :  sinucosnu  du=1n+1cosn+1u+c

I=sin22x.sin3x  dx

I=sin22x.sin3x  dx

I=2sinxcosx23sinx4sin3x  dx

I=4sin2xcos2x3sinx4sin3x  dx

I=12sin3xcos2x16sin5xcos2x  dx

I=12sin3xcos2x  dx16sin5xcos2x  dx

I=12I116I2    ;    A

I=1215cos5x13cos3x1613cos3x+25cos5x17cos7x+c


A:

I1=sin3xcos2x  dx=sinxsin2xcos2x=sinx1cos2xcos2x  dx

I1=sinxcos2x  dxsinxcos4x  dx=13cos3x15cos5x=15cos5x13cos3x


یادآوری)

sinucosnu  du=1n+1cosn+1u+c


A:I2=sin5xcos2x  dxI2=sinxsin4xcos2x  dxI2=sinxsin2x2cos2x  dx

I2=sinx.1cos2x2.cos2x  dx

I2=sinx12cos2x+cos4xcos2x  dx

I2=sinx.cos2x  dx2sinx.cos4x  dx+sinx.cos6x  dx

I2=13cos3x215cos5x+17cos7x

I2=13cos3x+25cos5x17cos7x

دریافت مثال

حالت دوم

با فرض این‌که از دو عدد n و m هر دو زوج باشند، می‌توان از فرمول های sin2x=1cos2x2cos2x=1+cos2x2 استفاده نمود.

روش دیگری موجود است به این‌صورت که یا همه را بر حسب سینوس یا همه را بر حسب کسینوس تبدیل نماییم و انتگرال را به‌صورت sinnx  dx یا cosnx  dx که n زوج است حل نماییم.  

تمرین

انتگرال زیر را محاسبه کنید.

I=sin2x.cos4x  dx

I=sin2x.cos4x  dx

I=1cos2x21+cos2x22  dx

I=181cos2x1+cos2x2  dx

I=181cos2x1+2cos2x+cos22x  dx

I=181+2cos2x+cos22xcos2x2cos22xcos32x  dx

I=181+cos2xcos22xcos32x  dx

I=18dx+18cos2x  dx18cos22x  dx18cos32x  dx

I=18x+1812sin2x18I118I2      ;       A

I=18x+116sin2x1812x+18sin4x1812sin2x16sin32x+c


A   :

I1=cos22x  dx=1+cos4x2  dx=121+cos4x  dx=12x+12.14sin4x=12x+18sin4x

I2=cos32x  dx=cos22x.cos2xdx=1sin22x.cos2x  dx

I2=cos2x  dxsin22x.cos2x  dx=12sin2x12×3sin32x

دریافت مثال

حالت سوم

اگر m+n عدد زوج و منفی باشد، در این‌صورت از تغییر متغیرهای زیر استفاده می‌کنیم.

tanx=u

cotgx=u

sinx=tanx.cosx

cosx=cotgx.sinx

تمرین

انتگرال زیر را محاسبه کنید.

I=cos37x  sin177x  dx

m=37n=177

m+n=37+177=147=2

I=cos37x  sin177x  dx    ;    sinx=tanx.cosx

I=cos37x.tan177x.cos177x  dx

I=tan177x.cos2x  dxI=1cos2x.tan177x  dxI=1+tan2x.tan177x  dxI=710tan107x+cI=710tan10x7+c

دریافت مثال

محاسبه انتگرال cosmx.cosnx  dxsinmx.cosnx  dxsinmx.sinnx  dx

برای محاسبه چنین انتگرال هایی، برای فرمول های مثلثاتی، حاصل ضرب را به مجموع یا تفاضل تبدیل کرده، سپس عمل انتگرال گیری را انجام می‌دهیم.

sinmxsinnx=12cosmnxcosm+nx

sinmxcosnx=12sinm+nx+sinmnx

cosmxcosnx=12cosm+nx+cosmnx

تمرین

انتگرال زیر را محاسبه کنید.

I=sin5x.sin3x  dx

I=sin5x.sin3x  dx

I=12cos5x3xcos5x+3x  dx

I=12cos2xcos8x  dx

I=12cos2x  dx12cos8x  dx

I=12.12sin2x12.18sin8x+c

I=14sin2x116sin8x+c

دریافت مثال

محاسبه انتگرال ftanx  dxfcotx  dxfsecx  dxfcscx  dx

معمولا برای محاسبه انتگرال ftanx  dx از تغییر متغیر u=tanx استفاده می‌شود.

معمولا برای محاسبه انتگرال fcotx  dx از تغییر متغیر u=cotx استفاده می‌شود.

تمرین

انتگرال زیر را محاسبه کنید.

I=tanx  dx

I=tanx  dxI=sinxcosx  dxI=sinx.cos1x  dx      ;       AI=sinxu11sinx  du


I=u1  duI=1u  duI=Lnu+cI=Lncosx+c

A   :   u=cosxdu=sinx  dxdx=1sinx  du

دریافت مثال

محاسبه انتگرال tannx  dxcotgnx  dx

در این فرمول ها n یک عدد صحیح و مثبت است.

حالت اول

این حالت در قالب مثال‌های زیر بررسی می‌شود.

تمرین

انتگرال زیر را محاسبه کنید.

I=tannxdu

cos2x=11+tan2x

1+tan2x=1cos2x1+tan2x=sec2xtan2x=sec2x1


I=tannxdu

I=tann2x.tan2x  dx

I=tann2x.sec2x1  dx

دریافت مثال

حالت دوم

برحسب آن‌که n فرد یا زوج باشد، توان های فرد یا زوج کم‌تر از n و تانژانت یا کتانژانت را اضافه و کم کنیم و پس از مرتب کردن با استفاده از قضیه انتگرال ها آنها را محاسبه کنیم.

دریافت مثال

محاسبه انتگرال 1sin2nx  dx1cos2nx  dx

این انتگرال ها با استفاده از فرمول های زیر به انتگرال هایی بر حسب تانژانت یا کتانژانت تبدیل می‌شوند. 

1+tan2x=1cos2x1+cotg2x=1sin2x

دریافت مثال

محاسبه انتگرال 1sin2nx.cos2mx  dx

انتگرال های فوق را با استفاده از روابط زیر: 

1+tan2x=1cos2x1+cotg2x=1sin2x

و در حالتی‌که m=n باشد با استفاده از رابطه زیر:

sinx.cosx=12sin2x

به انتگرال هایی بر حسب تانژانت یا کتانژانت تبدیل می‌شوند که قابل حل هستند. 

تمرین

انتگرال زیر را حل کنید:

I=1sin2x.cos4x  dx

I=1sin2x.cos4x  dxI=1sin2x.cos2x2dx

I=1+cotg2x1+tan2x2  dx

I=1+cotg2x1+tan4x+2tan2x  dx

I=1+tan4x+2tan2x+cotg2x+cotg2x.tan4x+2cotg2x.tan2x  dx

I=1+tan4x+2tan2x+cotg2x+tan2x+2  dx

I=tan4x+tan2x+2tan2x+1+1+cotg2x  dx

I=tan2x1+tan2x+2tan2x+1+1+cotg2x  dx

I=13tan3x+2tanxcotgx+c

محاسبه انتگرال secnu  ducscnu  du

حالت اول

اگر n یک عدد مثبت و زوج باشد، به‌صورت زیر محاسبه می‌شود:

I=secnu  du

=secn2usec2u  du

=sec2un22sec2u  du

=tan2u+1n22sec2u  du

I=cscnu  du

=cscn2ucsc2u  du

=csc2un22csc2u  du

=cotg2u+1n22csc2u  du

دریافت مثال

حالت دوم

اگر n یک عدد مثبت و فرد باشد، به‌صورت زیر محاسبه می‌شود:

در محاسبه secnu  du و cscnu  du از روش جزء به جزء استفاده می‌شود.

دریافت مثال

محاسبه انتگرال tanmu.secnu  ducotgmu.cscnu  du  

حالت اول

اگر n یک عدد صحیح زوج باشد، به روش حل مثال های زیر توجه کنید.

دریافت مثال

حالت دوم

اگر n یک عدد صحیح فرد باشد، به روش حل مثال های زیر توجه کنید.

دریافت مثال

حالت سوم

اگر n فرد و m زوج باشد، برای محاسبه آنها از انتگرال جزء به جزء استفاده می‌نماییم.

تذکر

به‌طور خلاصه داریم:

if   y=secuy'=u'.secu.tanu

if   y=cscuy'=u'cscu.cotgu

1)  I=tanu  du=Lncosu+c=Lnsecu+c

2)  I=cotgu  du=Lnsinx+c

3)  I=secu  du=Lnsecu+tanu+c

4)  I=cscu  du=Lncscu+cotgu+c

5)  I=sec2u  du=tanu+c6)  I=csc2u  du=cotgu+c7)  I=secu.tanu  du=secu+c

8)  I=cscu.cotgu  du=cscu+c

9)  I=tannu  du=tann2utan2udu=tann2usec2u1  du

10)  I=cotgnu  du=cotgn2u.cotg2u  du=cotgn2u.csc2u1  du

11)  I=secnu  du=secn2u.sec2u  du=tan2u+1n22.sec2u  du

12)  cscnu  du=cscn2u.csc2u  du=cotg2u+1n22.csc2u  du

13)  I=1uu21  du=sec1u+c

14)  I=1uu2a2  du=1asec1ua+c

خرید پاسخ‌ها

انتگرال نامعین (توابع مثلثاتی)

24,000تومان
خرید فایل PDF مثال ها و جواب ها

برای ارسال نظر وارد سایت شوید