Математический анализ Примеры

$\int x^{3} \cos (2 x) d x$

Этап 1

Проинтегрируем по частям, используя формулу $\int u d v = u v - \int v d u$ , где $u = x^{3}$ и $d v = \cos (2 x)$ .

$x^{3} (\frac{1}{2} \sin (2 x)) - \int \frac{1}{2} \sin (2 x) (3 x^{2}) d x$

Этап 2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

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

$x^{3} \frac{\sin (2 x)}{2} - \int \frac{1}{2} \sin (2 x) (3 x^{2}) d x$

Этап 2.2

Объединим $x^{3}$ и $\frac{\sin (2 x)}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \int \frac{1}{2} \sin (2 x) (3 x^{2}) d x$

Этап 3

Поскольку $\frac{1}{2} \cdot 3$ — константа по отношению к $x$ , вынесем $\frac{1}{2} \cdot 3$ из-под знака интеграла.

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - (\frac{1}{2} \cdot 3 \int \sin (2 x) (x^{2}) d x)$

Этап 4

Объединим $\frac{1}{2}$ и $3$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} \int \sin (2 x) (x^{2}) d x$

Этап 5

Проинтегрируем по частям, используя формулу $\int u d v = u v - \int v d u$ , где $u = x^{2}$ и $d v = \sin (2 x)$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (x^{2} (- \frac{1}{2} \cos (2 x)) - \int - \frac{1}{2} \cos (2 x) (2 x) d x)$

Этап 6

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.1

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (x^{2} (- \frac{\cos (2 x)}{2}) - \int - \frac{1}{2} \cos (2 x) (2 x) d x)$

Этап 6.2

Объединим $x^{2}$ и $\frac{\cos (2 x)}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int - \frac{1}{2} \cos (2 x) (2 x) d x)$

Этап 6.3

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int - \frac{\cos (2 x)}{2} (2 x) d x)$

Этап 6.4

Умножим $2$ на $- 1$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int - 2 \frac{\cos (2 x)}{2} x d x)$

Этап 6.5

Объединим $- 2$ и $\frac{\cos (2 x)}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int \frac{- 2 \cos (2 x)}{2} x d x)$

Этап 6.6

Объединим $\frac{- 2 \cos (2 x)}{2}$ и $x$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int \frac{- 2 \cos (2 x) x}{2} d x)$

Этап 6.7

Сократим общий множитель $- 2$ и $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.7.1

Вынесем множитель $2$ из $- 2 \cos (2 x) x$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int \frac{2 (- \cos (2 x) x)}{2} d x)$

Этап 6.7.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 6.7.2.1

Вынесем множитель $2$ из $2$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int \frac{2 (- \cos (2 x) x)}{2 (1)} d x)$

Этап 6.7.2.2

Сократим общий множитель.

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int \frac{2 (- \cos (2 x) x)}{2 \cdot 1} d x)$

Этап 6.7.2.3

Перепишем это выражение.

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int \frac{- \cos (2 x) x}{1} d x)$

Этап 6.7.2.4

Разделим $- \cos (2 x) x$ на $1$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - \int - \cos (2 x) x d x)$

Этап 7

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - - \int \cos (2 x) x d x)$

Этап 8

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.1

Умножим $- 1$ на $- 1$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + 1 \int \cos (2 x) x d x)$

Этап 8.2

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \int \cos (2 x) x d x)$

Этап 9

Проинтегрируем по частям, используя формулу $\int u d v = u v - \int v d u$ , где $u = x$ и $d v = \cos (2 x)$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + x (\frac{1}{2} \sin (2 x)) - \int \frac{1}{2} \sin (2 x) d x)$

Этап 10

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.1

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + x \frac{\sin (2 x)}{2} - \int \frac{1}{2} \sin (2 x) d x)$

Этап 10.2

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \int \frac{1}{2} \sin (2 x) d x)$

Этап 10.3

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \int \frac{\sin (2 x)}{2} d x)$

Этап 11

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - (\frac{1}{2} \int \sin (2 x) d x))$

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 $d u$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{2} \int \sin (u) \frac{1}{2} d u)$

Этап 13

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{2} \int \frac{\sin (u)}{2} d u)$

Этап 14

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{2} (\frac{1}{2} \int \sin (u) d u))$

Этап 15

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 15.1

Умножим $\frac{1}{2}$ на $\frac{1}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{2 \cdot 2} \int \sin (u) d u)$

Этап 15.2

Умножим $2$ на $2$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{4} \int \sin (u) d u)$

Этап 16

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

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{4} (- \cos (u) + C))$

Этап 17

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.1

Перепишем $\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} - \frac{1}{4} (- \cos (u) + C))$ в виде $\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4}) + C$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4}) + C$

Этап 17.2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.2.1

Чтобы записать $- \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})$ в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на $\frac{2}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4}) \cdot \frac{2}{2} + C$

Этап 17.2.2

Объединим $- \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})$ и $\frac{2}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x)}{2} + \frac{- \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4}) \cdot 2}{2} + C$

Этап 17.2.3

Объединим числители над общим знаменателем.

$\frac{x^{3} \sin (2 x) - \frac{3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4}) \cdot 2}{2} + C$

Этап 17.2.4

Умножим $2$ на $- 1$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) - 2 (\frac{3}{2}) (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Этап 17.2.5

Объединим $- 2$ и $\frac{3}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{- 2 \cdot 3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Этап 17.2.6

Умножим $- 2$ на $3$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{- 6}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Этап 17.2.7

Сократим общий множитель $- 6$ и $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.2.7.1

Вынесем множитель $2$ из $- 6$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{2 \cdot - 3}{2} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Этап 17.2.7.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 17.2.7.2.1

Вынесем множитель $2$ из $2$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{2 \cdot - 3}{2 (1)} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Этап 17.2.7.2.2

Сократим общий множитель.

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{2 \cdot - 3}{2 \cdot 1} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Этап 17.2.7.2.3

Перепишем это выражение.

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{- 3}{1} (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Этап 17.2.7.2.4

Разделим $- 3$ на $1$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) - 3 (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (u)}{4})}{2} + C$

Этап 18

Заменим все вхождения $u$ на $2 x$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) - 3 (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} + \frac{x \sin (2 x)}{2} + \frac{\cos (2 x)}{4})}{2} + C$

Этап 19

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 19.1

Упростим числитель.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 19.1.1

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{x^{3} \sin (2 x) - 3 (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2}) - 3 \frac{x \sin (2 x)}{2} - 3 \frac{\cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Этап 19.1.2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 19.1.2.1

Умножим $- 3 (- \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2})$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 19.1.2.1.1

Умножим $- 1$ на $- 3$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + 3 \frac{x^{2} \cos (2 x)}{2} - 3 \frac{x \sin (2 x)}{2} - 3 \frac{\cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Этап 19.1.2.1.2

Объединим $3$ и $\frac{x^{2} \cos (2 x)}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{3 (x^{2} \cos (2 x))}{2} - 3 \frac{x \sin (2 x)}{2} - 3 \frac{\cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Этап 19.1.2.2

Объединим $- 3$ и $\frac{x \sin (2 x)}{2}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{3 (x^{2} \cos (2 x))}{2} + \frac{- 3 (x \sin (2 x))}{2} - 3 \frac{\cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Этап 19.1.2.3

Объединим $- 3$ и $\frac{\cos (2 x)}{4}$ .

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{3 (x^{2} \cos (2 x))}{2} + \frac{- 3 (x \sin (2 x))}{2} + \frac{- 3 \cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Этап 19.1.3

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 19.1.3.1

Вынесем знак минуса перед дробью.

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{3 x^{2} \cos (2 x)}{2} - \frac{3 x \sin (2 x)}{2} + \frac{- 3 \cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Этап 19.1.3.2

Вынесем знак минуса перед дробью.

$\frac{x^{3} \sin (2 x) + \frac{3 x^{2} \cos (2 x)}{2} - \frac{3 x \sin (2 x)}{2} - \frac{3 \cos (2 x)}{4}}{2} + C$

Этап 19.2

Изменим порядок членов.

$\frac{1}{2} (x^{3} \sin (2 x) + \frac{3}{2} x^{2} \cos (2 x) - \frac{3}{2} x \sin (2 x) - \frac{3}{4} \cos (2 x)) + C$