微分積分例

$\int \frac{x^{2}}{\sqrt{16 - x^{2}}} d x$

ステップ 1

$- \frac{π}{2} \leq t \leq \frac{π}{2}$ である時に $x = 4 \sin (t)$ とします。次に $d x = 4 \cos (t) d t$ 。 $- \frac{π}{2} \leq t \leq \frac{π}{2}$ なので、 $4 \cos (t)$ は正であることに注意します。

$\int \frac{{(4 \sin (t))}^{2}}{\sqrt{16 - {(4 \sin (t))}^{2}}} (4 \cos (t)) d t$

ステップ 2

項を簡約します。

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ステップ 2.1

$\sqrt{16 - {(4 \sin (t))}^{2}}$ を簡約します。

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ステップ 2.1.1

各項を簡約します。

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ステップ 2.1.1.1

積の法則を $4 \sin (t)$ に当てはめます。

$\int \frac{{(4 \sin (t))}^{2}}{\sqrt{16 - (4^{2} \sin^{2} (t))}} (4 \cos (t)) d t$

ステップ 2.1.1.2

$4$ を $2$ 乗します。

$\int \frac{{(4 \sin (t))}^{2}}{\sqrt{16 - (16 \sin^{2} (t))}} (4 \cos (t)) d t$

ステップ 2.1.1.3

$16$ に $- 1$ をかけます。

$\int \frac{{(4 \sin (t))}^{2}}{\sqrt{16 - 16 \sin^{2} (t)}} (4 \cos (t)) d t$

ステップ 2.1.2

$16$ を $16$ で因数分解します。

$\int \frac{{(4 \sin (t))}^{2}}{\sqrt{16 (1) - 16 \sin^{2} (t)}} (4 \cos (t)) d t$

ステップ 2.1.3

$16$ を $- 16 \sin^{2} (t)$ で因数分解します。

$\int \frac{{(4 \sin (t))}^{2}}{\sqrt{16 (1) + 16 (- \sin^{2} (t))}} (4 \cos (t)) d t$

ステップ 2.1.4

$16$ を $16 (1) + 16 (- \sin^{2} (t))$ で因数分解します。

$\int \frac{{(4 \sin (t))}^{2}}{\sqrt{16 (1 - \sin^{2} (t))}} (4 \cos (t)) d t$

ステップ 2.1.5

ピタゴラスの定理を当てはめます。

$\int \frac{{(4 \sin (t))}^{2}}{\sqrt{16 \cos^{2} (t)}} (4 \cos (t)) d t$

ステップ 2.1.6

$16 \cos^{2} (t)$ を ${(4 \cos (t))}^{2}$ に書き換えます。

$\int \frac{{(4 \sin (t))}^{2}}{\sqrt{{(4 \cos (t))}^{2}}} (4 \cos (t)) d t$

ステップ 2.1.7

正の実数と仮定して、累乗根の下から項を取り出します。

$\int \frac{{(4 \sin (t))}^{2}}{4 \cos (t)} (4 \cos (t)) d t$

ステップ 2.2

今日数因数で約分することで式を約分します。

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ステップ 2.2.1

$4 \cos (t)$ の共通因数を約分します。

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ステップ 2.2.1.1

共通因数を約分します。

$\int \frac{{(4 \sin (t))}^{2}}{4 \cos (t)} (4 \cos (t)) d t$

ステップ 2.2.1.2

式を書き換えます。

$\int {(4 \sin (t))}^{2} d t$

ステップ 2.2.2

簡約します。

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ステップ 2.2.2.1

$4$ を $4 \sin (t)$ で因数分解します。

$\int {(4 (\sin (t)))}^{2} d t$

ステップ 2.2.2.2

積の法則を $4 (\sin (t))$ に当てはめます。

$\int 4^{2} \sin^{2} (t) d t$

ステップ 2.2.2.3

$4$ を $2$ 乗します。

$\int 16 \sin^{2} (t) d t$

ステップ 3

$16$ は $t$ に対して定数なので、 $16$ を積分の外に移動させます。

$16 \int \sin^{2} (t) d t$

ステップ 4

半角公式を利用して $\sin^{2} (t)$ を $\frac{1 - \cos (2 t)}{2}$ に書き換えます。

$16 \int \frac{1 - \cos (2 t)}{2} d t$

ステップ 5

$\frac{1}{2}$ は $t$ に対して定数なので、 $\frac{1}{2}$ を積分の外に移動させます。

$16 (\frac{1}{2} \int 1 - \cos (2 t) d t)$

ステップ 6

簡約します。

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ステップ 6.1

$\frac{1}{2}$ と $16$ をまとめます。

$\frac{16}{2} \int 1 - \cos (2 t) d t$

ステップ 6.2

$16$ と $2$ の共通因数を約分します。

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ステップ 6.2.1

$2$ を $16$ で因数分解します。

$\frac{2 \cdot 8}{2} \int 1 - \cos (2 t) d t$

ステップ 6.2.2

共通因数を約分します。

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ステップ 6.2.2.1

$2$ を $2$ で因数分解します。

$\frac{2 \cdot 8}{2 (1)} \int 1 - \cos (2 t) d t$

ステップ 6.2.2.2

共通因数を約分します。

$\frac{2 \cdot 8}{2 \cdot 1} \int 1 - \cos (2 t) d t$

ステップ 6.2.2.3

式を書き換えます。

$\frac{8}{1} \int 1 - \cos (2 t) d t$

ステップ 6.2.2.4

$8$ を $1$ で割ります。

$8 \int 1 - \cos (2 t) d t$

ステップ 7

単一積分を複数積分に分割します。

$8 (\int d t + \int - \cos (2 t) d t)$

ステップ 8

定数の法則を当てはめます。

$8 (t + C + \int - \cos (2 t) d t)$

ステップ 9

$- 1$ は $t$ に対して定数なので、 $- 1$ を積分の外に移動させます。

$8 (t + C - \int \cos (2 t) d t)$

ステップ 10

$u = 2 t$ とします。次に $d u = 2 d t$ すると、 $\frac{1}{2} d u = d t$ です。 $u$ と $d$ $u$ を利用して書き換えます。

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ステップ 10.1

$u = 2 t$ とします。 $\frac{d u}{d t}$ を求めます。

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ステップ 10.1.1

$2 t$ を微分します。

$\frac{d}{d t} [2 t]$

ステップ 10.1.2

$2$ は $t$ に対して定数なので、 $t$ に対する $2 t$ の微分係数は $2 \frac{d}{d t} [t]$ です。

$2 \frac{d}{d t} [t]$

ステップ 10.1.3

$n = 1$ のとき、 $\frac{d}{d t} [t^{n}]$ は $n t^{n - 1}$ であるというべき乗則を使って微分します。

$2 \cdot 1$

ステップ 10.1.4

$2$ に $1$ をかけます。

$2$

ステップ 10.2

$u$ と $d u$ を利用して問題を書き換えます。

$8 (t + C - \int \cos (u) \frac{1}{2} d u)$

ステップ 11

$\cos (u)$ と $\frac{1}{2}$ をまとめます。

$8 (t + C - \int \frac{\cos (u)}{2} d u)$

ステップ 12

$\frac{1}{2}$ は $u$ に対して定数なので、 $\frac{1}{2}$ を積分の外に移動させます。

$8 (t + C - (\frac{1}{2} \int \cos (u) d u))$

ステップ 13

$\cos (u)$ の $u$ に関する積分は $\sin (u)$ です。

$8 (t + C - \frac{1}{2} (\sin (u) + C))$

ステップ 14

簡約します。

$8 (t - \frac{1}{2} \sin (u)) + C$

ステップ 15

各積分に置換変数を戻し入れます。

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ステップ 15.1

$t$ のすべての発生を $\arcsin (\frac{x}{4})$ で置き換えます。

$8 (\arcsin (\frac{x}{4}) - \frac{1}{2} \sin (u)) + C$

ステップ 15.2

$u$ のすべての発生を $2 t$ で置き換えます。

$8 (\arcsin (\frac{x}{4}) - \frac{1}{2} \sin (2 t)) + C$

ステップ 15.3

$t$ のすべての発生を $\arcsin (\frac{x}{4})$ で置き換えます。

$8 (\arcsin (\frac{x}{4}) - \frac{1}{2} \sin (2 \arcsin (\frac{x}{4}))) + C$

ステップ 16

簡約します。

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ステップ 16.1

$\sin (2 \arcsin (\frac{x}{4}))$ と $\frac{1}{2}$ をまとめます。

$8 (\arcsin (\frac{x}{4}) - \frac{\sin (2 \arcsin (\frac{x}{4}))}{2}) + C$

ステップ 16.2

分配則を当てはめます。

$8 \arcsin (\frac{x}{4}) + 8 (- \frac{\sin (2 \arcsin (\frac{x}{4}))}{2}) + C$

ステップ 16.3

$2$ の共通因数を約分します。

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ステップ 16.3.1

$- \frac{\sin (2 \arcsin (\frac{x}{4}))}{2}$ の先頭の負を分子に移動させます。

$8 \arcsin (\frac{x}{4}) + 8 \frac{- \sin (2 \arcsin (\frac{x}{4}))}{2} + C$

ステップ 16.3.2

$2$ を $8$ で因数分解します。

$8 \arcsin (\frac{x}{4}) + 2 (4) \frac{- \sin (2 \arcsin (\frac{x}{4}))}{2} + C$

ステップ 16.3.3

共通因数を約分します。

$8 \arcsin (\frac{x}{4}) + 2 \cdot 4 \frac{- \sin (2 \arcsin (\frac{x}{4}))}{2} + C$

ステップ 16.3.4

式を書き換えます。

$8 \arcsin (\frac{x}{4}) + 4 (- \sin (2 \arcsin (\frac{x}{4}))) + C$

ステップ 16.4

$- 1$ に $4$ をかけます。

$8 \arcsin (\frac{x}{4}) - 4 \sin (2 \arcsin (\frac{x}{4})) + C$

ステップ 17

項を並べ替えます。

$8 \arcsin (\frac{1}{4} x) - 4 \sin (2 \arcsin (\frac{1}{4} x)) + C$

微分積分 例

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