Математический анализ Примеры

$1 + \cos^{2} (x)$

Этап 1

Запишем $1 + \cos^{2} (x)$ в виде функции.

$f (x) = 1 + \cos^{2} (x)$

Этап 2

Чтобы найти функцию $F (x)$ , найдем неопределенный интеграл производной $f (x)$ .

$F (x) = \int f (x) d x$

Этап 3

Составим интеграл, чтобы решить его.

$F (x) = \int 1 + \cos^{2} (x) d x$

Этап 4

Разделим данный интеграл на несколько интегралов.

$\int d x + \int \cos^{2} (x) d x$

Этап 5

Применим правило дифференцирования постоянных функций.

$x + C + \int \cos^{2} (x) d x$

Этап 6

Используем формулу половинного угла для записи $\cos^{2} (x)$ в виде $\frac{1 + \cos (2 x)}{2}$ .

$x + C + \int \frac{1 + \cos (2 x)}{2} d x$

Этап 7

Поскольку $\frac{1}{2}$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $\frac{1}{2}$ из-под знака интеграла.

$x + C + \frac{1}{2} \int 1 + \cos (2 x) d x$

Этап 8

Разделим данный интеграл на несколько интегралов.

$x + C + \frac{1}{2} (\int d x + \int \cos (2 x) d x)$

Этап 9

Применим правило дифференцирования постоянных функций.

$x + C + \frac{1}{2} (x + C + \int \cos (2 x) d x)$

Этап 10

Пусть $u = 2 x$ . Тогда $d u = 2 d x$ , следовательно $\frac{1}{2} d u = d x$ . Перепишем, используя $u$ и $d$ $u$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.1

Пусть $u = 2 x$ . Найдем $\frac{d u}{d x}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.1.1

Дифференцируем $2 x$ .

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

Этап 10.1.2

Поскольку $2$ является константой относительно $x$ , производная $2 x$ по $x$ равна $2 \frac{d}{d x} [x]$ .

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

Этап 10.1.3

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ имеет вид $n x^{n - 1}$ , где $n = 1$ .

$2 \cdot 1$

Этап 10.1.4

Умножим $2$ на $1$ .

$2$

Этап 10.2

Переформулируем задачу с помощью $u$ и $d u$ .

$x + C + \frac{1}{2} (x + C + \int \cos (u) \frac{1}{2} d u)$

Этап 11

Объединим $\cos (u)$ и $\frac{1}{2}$ .

$x + C + \frac{1}{2} (x + C + \int \frac{\cos (u)}{2} d u)$

Этап 12

Поскольку $\frac{1}{2}$ — константа по отношению к $u$ , вынесем $\frac{1}{2}$ из-под знака интеграла.

$x + C + \frac{1}{2} (x + C + \frac{1}{2} \int \cos (u) d u)$

Этап 13

Интеграл $\cos (u)$ по $u$ имеет вид $\sin (u)$ .

$x + C + \frac{1}{2} (x + C + \frac{1}{2} (\sin (u) + C))$

Этап 14

Упростим.

$x + \frac{1}{2} (x + \frac{1}{2} \sin (u)) + C$

Этап 15

Заменим все вхождения $u$ на $2 x$ .

$x + \frac{1}{2} (x + \frac{1}{2} \sin (2 x)) + C$

Этап 16

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 16.1

Объединим $\frac{1}{2}$ и $\sin (2 x)$ .

$x + \frac{1}{2} (x + \frac{\sin (2 x)}{2}) + C$

Этап 16.2

Применим свойство дистрибутивности.

$x + \frac{1}{2} x + \frac{1}{2} \cdot \frac{\sin (2 x)}{2} + C$

Этап 16.3

Объединим $\frac{1}{2}$ и $x$ .

$x + \frac{x}{2} + \frac{1}{2} \cdot \frac{\sin (2 x)}{2} + C$

Этап 16.4

Умножим $\frac{1}{2} \cdot \frac{\sin (2 x)}{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 16.4.1

Умножим $\frac{1}{2}$ на $\frac{\sin (2 x)}{2}$ .

$x + \frac{x}{2} + \frac{\sin (2 x)}{2 \cdot 2} + C$

Этап 16.4.2

Умножим $2$ на $2$ .

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

Этап 17

Изменим порядок членов.

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

Этап 18

Ответ ― первообразная функции $f (x) = 1 + \cos^{2} (x)$ .

$F (x) =$ $x + \frac{1}{2} x + \frac{1}{4} \sin (2 x) + C$