Математический анализ Примеры

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

Этап 1

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

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

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.

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

Этап 4

Разделим данный интеграл на несколько интегралов.

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

Этап 5

Поскольку $2$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $2$ из-под знака интеграла.

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

Этап 6

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

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

Этап 7

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

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

Этап 8

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.1

Объединим $\frac{1}{2}$ и $2$ .

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

Этап 8.2

Сократим общий множитель $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.2.1

Сократим общий множитель.

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

Этап 8.2.2

Перепишем это выражение.

$1 \int 1 - \cos (2 x) d x + \int d x$

Этап 8.3

Умножим $\int 1 - \cos (2 x) d x$ на $1$ .

$\int 1 - \cos (2 x) d x + \int d x$

Этап 9

Разделим данный интеграл на несколько интегралов.

$\int d x + \int - \cos (2 x) d x + \int d x$

Этап 10

Применим правило дифференцирования постоянных функций.

$x + C + \int - \cos (2 x) d x + \int d x$

Этап 11

Поскольку $- 1$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $- 1$ из-под знака интеграла.

$x + C - \int \cos (2 x) d x + \int d x$

Этап 12

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 12.1

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.1.1

Дифференцируем $2 x$ .

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

Этап 12.1.2

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 12.1.3

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 12.1.4

Умножим $2$ на $1$ .

$2$

Этап 12.2

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

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

Этап 13

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

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

Этап 14

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

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

Этап 15

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

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

Этап 16

Применим правило дифференцирования постоянных функций.

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

Этап 17

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.1

Добавим $x$ и $x$ .

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

Этап 17.2

Упростим.

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

Этап 18

Заменим все вхождения $u$ на $2 x$ .

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

Этап 19

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

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