Calcul infinitésimal Exemples

$\frac{d s}{d t} = 8 \sin^{2} (t - \frac{π}{12})$ , $s (0) = 6$

Étape 1

Réécrivez l’équation.

$d s = 8 \sin^{2} (t - \frac{π}{12}) d t$

Étape 2

Intégrez les deux côtés.

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Étape 2.1

Définissez une intégrale de chaque côté.

$\int d s = \int 8 \sin^{2} (t - \frac{π}{12}) d t$

Étape 2.2

Appliquez la règle de la constante.

$s + C_{1} = \int 8 \sin^{2} (t - \frac{π}{12}) d t$

Étape 2.3

Intégrez le côté droit.

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Étape 2.3.1

Comme $8$ est constant par rapport à $t$ , placez $8$ en dehors de l’intégrale.

$s + C_{1} = 8 \int \sin^{2} (t - \frac{π}{12}) d t$

Étape 2.3.2

Laissez $u_{1} = t - \frac{π}{12}$ . Puis $d u_{1} = d t$ . Réécrivez avec $u_{1}$ et $d$ $u_{1}$ .

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Étape 2.3.2.1

Laissez $u_{1} = t - \frac{π}{12}$ . Déterminez $\frac{d u_{1}}{d t}$ .

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Étape 2.3.2.1.1

Différenciez $t - \frac{π}{12}$ .

$\frac{d}{d t} [t - \frac{π}{12}]$

Étape 2.3.2.1.2

Selon la règle de la somme, la dérivée de $t - \frac{π}{12}$ par rapport à $t$ est $\frac{d}{d t} [t] + \frac{d}{d t} [- \frac{π}{12}]$ .

$\frac{d}{d t} [t] + \frac{d}{d t} [- \frac{π}{12}]$

Étape 2.3.2.1.3

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d t} [t^{n}]$ est $n t^{n - 1}$ où $n = 1$ .

$1 + \frac{d}{d t} [- \frac{π}{12}]$

Étape 2.3.2.1.4

Comme $- \frac{π}{12}$ est constant par rapport à $t$ , la dérivée de $- \frac{π}{12}$ par rapport à $t$ est $0$ .

$1 + 0$

Étape 2.3.2.1.5

Additionnez $1$ et $0$ .

$1$

Étape 2.3.2.2

Réécrivez le problème en utilisant $u_{1}$ et $d u_{1}$ .

$s + C_{1} = 8 \int \sin^{2} (u_{1}) d u_{1}$

Étape 2.3.3

Utilisez la formule de l’angle moitié pour réécrire $\sin^{2} (u_{1})$ en $\frac{1 - \cos (2 u_{1})}{2}$ .

$s + C_{1} = 8 \int \frac{1 - \cos (2 u_{1})}{2} d u_{1}$

Étape 2.3.4

Comme $\frac{1}{2}$ est constant par rapport à $u_{1}$ , placez $\frac{1}{2}$ en dehors de l’intégrale.

$s + C_{1} = 8 (\frac{1}{2} \int 1 - \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

Étape 2.3.5

Simplifiez

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Étape 2.3.5.1

Associez $\frac{1}{2}$ et $8$ .

$s + C_{1} = \frac{8}{2} \int 1 - \cos (2 u_{1}) d u_{1}$

Étape 2.3.5.2

Annulez le facteur commun à $8$ et $2$ .

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Étape 2.3.5.2.1

Factorisez $2$ à partir de $8$ .

$s + C_{1} = \frac{2 \cdot 4}{2} \int 1 - \cos (2 u_{1}) d u_{1}$

Étape 2.3.5.2.2

Annulez les facteurs communs.

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Étape 2.3.5.2.2.1

Factorisez $2$ à partir de $2$ .

$s + C_{1} = \frac{2 \cdot 4}{2 (1)} \int 1 - \cos (2 u_{1}) d u_{1}$

Étape 2.3.5.2.2.2

Annulez le facteur commun.

$s + C_{1} = \frac{2 \cdot 4}{2 \cdot 1} \int 1 - \cos (2 u_{1}) d u_{1}$

Étape 2.3.5.2.2.3

Réécrivez l’expression.

$s + C_{1} = \frac{4}{1} \int 1 - \cos (2 u_{1}) d u_{1}$

Étape 2.3.5.2.2.4

Divisez $4$ par $1$ .

$s + C_{1} = 4 \int 1 - \cos (2 u_{1}) d u_{1}$

Étape 2.3.6

Séparez l’intégrale unique en plusieurs intégrales.

$s + C_{1} = 4 (\int d u_{1} + \int - \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

Étape 2.3.7

Appliquez la règle de la constante.

$s + C_{1} = 4 (u_{1} + C_{2} + \int - \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

Étape 2.3.8

Comme $- 1$ est constant par rapport à $u_{1}$ , placez $- 1$ en dehors de l’intégrale.

$s + C_{1} = 4 (u_{1} + C_{2} - \int \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

Étape 2.3.9

Laissez $u_{2} = 2 u_{1}$ . Alors $d u_{2} = 2 d u_{1}$ , donc $\frac{1}{2} d u_{2} = d u_{1}$ . Réécrivez avec $u_{2}$ et $d$ $u_{2}$ .

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Étape 2.3.9.1

Laissez $u_{2} = 2 u_{1}$ . Déterminez $\frac{d u_{2}}{d u_{1}}$ .

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Étape 2.3.9.1.1

Différenciez $2 u_{1}$ .

$\frac{d}{d u_{1}} [2 u_{1}]$

Étape 2.3.9.1.2

Comme $2$ est constant par rapport à $u_{1}$ , la dérivée de $2 u_{1}$ par rapport à $u_{1}$ est $2 \frac{d}{d u_{1}} [u_{1}]$ .

$2 \frac{d}{d u_{1}} [u_{1}]$

Étape 2.3.9.1.3

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{n}]$ est $n {u_{1}}^{n - 1}$ où $n = 1$ .

$2 \cdot 1$

Étape 2.3.9.1.4

Multipliez $2$ par $1$ .

$2$

Étape 2.3.9.2

Réécrivez le problème en utilisant $u_{2}$ et $d u_{2}$ .

$s + C_{1} = 4 (u_{1} + C_{2} - \int \cos (u_{2}) \frac{1}{2} d u_{2})$

Étape 2.3.10

Associez $\cos (u_{2})$ et $\frac{1}{2}$ .

$s + C_{1} = 4 (u_{1} + C_{2} - \int \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Étape 2.3.11

Comme $\frac{1}{2}$ est constant par rapport à $u_{2}$ , placez $\frac{1}{2}$ en dehors de l’intégrale.

$s + C_{1} = 4 (u_{1} + C_{2} - (\frac{1}{2} \int \cos (u_{2}) d u_{2}))$

Étape 2.3.12

L’intégrale de $\cos (u_{2})$ par rapport à $u_{2}$ est $\sin (u_{2})$ .

$s + C_{1} = 4 (u_{1} + C_{2} - \frac{1}{2} (\sin (u_{2}) + C_{3}))$

Étape 2.3.13

Simplifiez

$s + C_{1} = 4 (u_{1} - \frac{1}{2} \sin (u_{2})) + C_{4}$

Étape 2.3.14

Remplacez à nouveau pour chaque variable de substitution de l’intégration.

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Étape 2.3.14.1

Remplacez toutes les occurrences de $u_{1}$ par $t - \frac{π}{12}$ .

$s + C_{1} = 4 (t - \frac{π}{12} - \frac{1}{2} \sin (u_{2})) + C_{4}$

Étape 2.3.14.2

Remplacez toutes les occurrences de $u_{2}$ par $2 u_{1}$ .

$s + C_{1} = 4 (t - \frac{π}{12} - \frac{1}{2} \sin (2 u_{1})) + C_{4}$

Étape 2.3.14.3

Remplacez toutes les occurrences de $u_{1}$ par $t - \frac{π}{12}$ .

$s + C_{1} = 4 (t - \frac{π}{12} - \frac{1}{2} \sin (2 (t - \frac{π}{12}))) + C_{4}$

Étape 2.3.15

Simplifiez

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Étape 2.3.15.1

Appliquez la propriété distributive.

$s + C_{1} = 4 (t - \frac{π}{12} - \frac{1}{2} \sin (2 t + 2 (- \frac{π}{12}))) + C_{4}$

Étape 2.3.15.2

Annulez le facteur commun de $2$ .

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Étape 2.3.15.2.1

Placez le signe négatif initial dans $- \frac{π}{12}$ dans le numérateur.

$s + C_{1} = 4 (t - \frac{π}{12} - \frac{1}{2} \sin (2 t + 2 \frac{- π}{12})) + C_{4}$

Étape 2.3.15.2.2

Factorisez $2$ à partir de $12$ .

$s + C_{1} = 4 (t - \frac{π}{12} - \frac{1}{2} \sin (2 t + 2 \frac{- π}{2 (6)})) + C_{4}$

Étape 2.3.15.2.3

Annulez le facteur commun.

$s + C_{1} = 4 (t - \frac{π}{12} - \frac{1}{2} \sin (2 t + 2 \frac{- π}{2 \cdot 6})) + C_{4}$

Étape 2.3.15.2.4

Réécrivez l’expression.

$s + C_{1} = 4 (t - \frac{π}{12} - \frac{1}{2} \sin (2 t + \frac{- π}{6})) + C_{4}$

Étape 2.3.15.3

Placez le signe moins devant la fraction.

$s + C_{1} = 4 (t - \frac{π}{12} - \frac{1}{2} \sin (2 t - \frac{π}{6})) + C_{4}$

Étape 2.3.15.4

Associez $\sin (2 t - \frac{π}{6})$ et $\frac{1}{2}$ .

$s + C_{1} = 4 (t - \frac{π}{12} - \frac{\sin (2 t - \frac{π}{6})}{2}) + C_{4}$

Étape 2.3.15.5

Appliquez la propriété distributive.

$s + C_{1} = 4 t + 4 (- \frac{π}{12}) + 4 (- \frac{\sin (2 t - \frac{π}{6})}{2}) + C_{4}$

Étape 2.3.15.6

Simplifiez

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Étape 2.3.15.6.1

Annulez le facteur commun de $4$ .

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Étape 2.3.15.6.1.1

Placez le signe négatif initial dans $- \frac{π}{12}$ dans le numérateur.

$s + C_{1} = 4 t + 4 \frac{- π}{12} + 4 (- \frac{\sin (2 t - \frac{π}{6})}{2}) + C_{4}$

Étape 2.3.15.6.1.2

Factorisez $4$ à partir de $12$ .

$s + C_{1} = 4 t + 4 \frac{- π}{4 (3)} + 4 (- \frac{\sin (2 t - \frac{π}{6})}{2}) + C_{4}$

Étape 2.3.15.6.1.3

Annulez le facteur commun.

$s + C_{1} = 4 t + 4 \frac{- π}{4 \cdot 3} + 4 (- \frac{\sin (2 t - \frac{π}{6})}{2}) + C_{4}$

Étape 2.3.15.6.1.4

Réécrivez l’expression.

$s + C_{1} = 4 t + \frac{- π}{3} + 4 (- \frac{\sin (2 t - \frac{π}{6})}{2}) + C_{4}$

Étape 2.3.15.6.2

Annulez le facteur commun de $2$ .

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Étape 2.3.15.6.2.1

Placez le signe négatif initial dans $- \frac{\sin (2 t - \frac{π}{6})}{2}$ dans le numérateur.

$s + C_{1} = 4 t + \frac{- π}{3} + 4 \frac{- \sin (2 t - \frac{π}{6})}{2} + C_{4}$

Étape 2.3.15.6.2.2

Factorisez $2$ à partir de $4$ .

$s + C_{1} = 4 t + \frac{- π}{3} + 2 (2) \frac{- \sin (2 t - \frac{π}{6})}{2} + C_{4}$

Étape 2.3.15.6.2.3

Annulez le facteur commun.

$s + C_{1} = 4 t + \frac{- π}{3} + 2 \cdot 2 \frac{- \sin (2 t - \frac{π}{6})}{2} + C_{4}$

Étape 2.3.15.6.2.4

Réécrivez l’expression.

$s + C_{1} = 4 t + \frac{- π}{3} + 2 (- \sin (2 t - \frac{π}{6})) + C_{4}$

Étape 2.3.15.6.3

Multipliez $- 1$ par $2$ .

$s + C_{1} = 4 t + \frac{- π}{3} - 2 \sin (2 t - \frac{π}{6}) + C_{4}$

Étape 2.3.15.7

Placez le signe moins devant la fraction.

$s + C_{1} = 4 t - \frac{π}{3} - 2 \sin (2 t - \frac{π}{6}) + C_{4}$

Étape 2.4

Regroupez la constante d’intégration du côté droit comme $K$ .

$s = 4 t - \frac{π}{3} - 2 \sin (2 t - \frac{π}{6}) + K$

Étape 3

Utilisez la condition initiale pour déterminer la valeur de $K$ en remplaçant $t$ par $0$ et $s$ par $6$ dans $s = 4 t - \frac{π}{3} - 2 \sin (2 t - \frac{π}{6}) + K$ .

$6 = 4 \cdot 0 - \frac{π}{3} - 2 \sin (2 \cdot 0 - \frac{π}{6}) + K$

Étape 4

Résolvez $K$ .

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Étape 4.1

Réécrivez l’équation comme $4 \cdot 0 - \frac{π}{3} - 2 \sin (2 \cdot 0 - \frac{π}{6}) + K = 6$ .

$4 \cdot 0 - \frac{π}{3} - 2 \sin (2 \cdot 0 - \frac{π}{6}) + K = 6$

Étape 4.2

Simplifiez le côté gauche.

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Étape 4.2.1

Simplifiez $4 \cdot 0 - \frac{π}{3} - 2 \sin (2 \cdot 0 - \frac{π}{6}) + K$ .

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Étape 4.2.1.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 4.2.1.1.1

Multipliez $4$ par $0$ .

$0 - \frac{π}{3} - 2 \sin (2 \cdot 0 - \frac{π}{6}) + K = 6$

Étape 4.2.1.1.2

Multipliez $2$ par $0$ .

$0 - \frac{π}{3} - 2 \sin (0 - \frac{π}{6}) + K = 6$

Étape 4.2.1.1.3

Soustrayez $\frac{π}{6}$ de $0$ .

$0 - \frac{π}{3} - 2 \sin (- \frac{π}{6}) + K = 6$

Étape 4.2.1.1.4

Ajoutez des rotations complètes de $2 π$ jusqu’à ce que l’angle soit supérieur ou égal à $0$ et inférieur à $2 π$ .

$0 - \frac{π}{3} - 2 \sin (\frac{11 π}{6}) + K = 6$

Étape 4.2.1.1.5

Appliquez l’angle de référence en trouvant l’angle avec des valeurs trigonométriques équivalentes dans le premier quadrant. Rendez l’expression négative car le sinus est négatif dans le quatrième quadrant.

$0 - \frac{π}{3} - 2 (- \sin (\frac{π}{6})) + K = 6$

Étape 4.2.1.1.6

La valeur exacte de $\sin (\frac{π}{6})$ est $\frac{1}{2}$ .

$0 - \frac{π}{3} - 2 (- \frac{1}{2}) + K = 6$

Étape 4.2.1.1.7

Annulez le facteur commun de $2$ .

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Étape 4.2.1.1.7.1

Placez le signe négatif initial dans $- \frac{1}{2}$ dans le numérateur.

$0 - \frac{π}{3} - 2 (\frac{- 1}{2}) + K = 6$

Étape 4.2.1.1.7.2

Factorisez $2$ à partir de $- 2$ .

$0 - \frac{π}{3} + 2 (- 1) \frac{- 1}{2} + K = 6$

Étape 4.2.1.1.7.3

Annulez le facteur commun.

$0 - \frac{π}{3} + 2 \cdot - 1 \frac{- 1}{2} + K = 6$

Étape 4.2.1.1.7.4

Réécrivez l’expression.

$0 - \frac{π}{3} - 1 \cdot - 1 + K = 6$

Étape 4.2.1.1.8

Multipliez $- 1$ par $- 1$ .

$0 - \frac{π}{3} + 1 + K = 6$

Étape 4.2.1.2

Soustrayez $\frac{π}{3}$ de $0$ .

$- \frac{π}{3} + 1 + K = 6$

Étape 4.3

Déplacez tous les termes ne contenant pas $K$ du côté droit de l’équation.

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Étape 4.3.1

Ajoutez $\frac{π}{3}$ aux deux côtés de l’équation.

$1 + K = 6 + \frac{π}{3}$

Étape 4.3.2

Soustrayez $1$ des deux côtés de l’équation.

$K = 6 + \frac{π}{3} - 1$

Étape 4.3.3

Soustrayez $1$ de $6$ .

$K = 5 + \frac{π}{3}$

Étape 5

Remplacez $K$ par $5 + \frac{π}{3}$ dans $s = 4 t - \frac{π}{3} - 2 \sin (2 t - \frac{π}{6}) + K$ et simplifiez.

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Étape 5.1

Remplacez $K$ par $5 + \frac{π}{3}$ .

$s = 4 t - \frac{π}{3} - 2 \sin (2 t - \frac{π}{6}) + 5 + \frac{π}{3}$

Étape 5.2

Associez les termes opposés dans $4 t - \frac{π}{3} - 2 \sin (2 t - \frac{π}{6}) + 5 + \frac{π}{3}$ .

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Étape 5.2.1

Additionnez $- \frac{π}{3}$ et $\frac{π}{3}$ .

$s = 4 t + 0 - 2 \sin (2 t - \frac{π}{6}) + 5$

Étape 5.2.2

Additionnez $4 t$ et $0$ .

$s = 4 t - 2 \sin (2 t - \frac{π}{6}) + 5$