Математический анализ Примеры

$\int_{0}^{π} x \sin (2 x) d x$

Этап 1

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

$x (- \frac{1}{2} \cos (2 x))]_{0}^{π} - \int_{0}^{π} - \frac{1}{2} \cos (2 x) d x$

Этап 2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

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

$x (- \frac{\cos (2 x)}{2})]_{0}^{π} - \int_{0}^{π} - \frac{1}{2} \cos (2 x) d x$

Этап 2.2

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

$- \frac{x \cos (2 x)}{2}]_{0}^{π} - \int_{0}^{π} - \frac{1}{2} \cos (2 x) d x$

Этап 3

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

$- \frac{x \cos (2 x)}{2}]_{0}^{π} - (- \frac{1}{2} \int_{0}^{π} \cos (2 x) d x)$

Этап 4

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 4.1

Умножим $- 1$ на $- 1$ .

$- \frac{x \cos (2 x)}{2}]_{0}^{π} + 1 (\frac{1}{2} \int_{0}^{π} \cos (2 x) d x)$

Этап 4.2

Умножим $\frac{1}{2}$ на $1$ .

$- \frac{x \cos (2 x)}{2}]_{0}^{π} + \frac{1}{2} \int_{0}^{π} \cos (2 x) d x$

Этап 5

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 5.1

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

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 5.1.1

Дифференцируем $2 x$ .

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

Этап 5.1.2

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 5.1.3

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 5.1.4

Умножим $2$ на $1$ .

$2$

Этап 5.2

Подставим нижнее предельное значение вместо $x$ в $u = 2 x$ .

$u_{lower} = 2 \cdot 0$

Этап 5.3

Умножим $2$ на $0$ .

$u_{lower} = 0$

Этап 5.4

Подставим верхнее предельное значение вместо $x$ в $u = 2 x$ .

$u_{upper} = 2 π$

Этап 5.5

Значения, найденные для $u_{lower}$ и $u_{upper}$ , будут использованы для вычисления данного определенного интеграла.

$u_{lower} = 0$

$u_{upper} = 2 π$

Этап 5.6

Переформулируем задачу, используя $u$ , $d u$ и новые пределы интегрирования.

$- \frac{x \cos (2 x)}{2}]_{0}^{π} + \frac{1}{2} \int_{0}^{2 π} \cos (u) \frac{1}{2} d u$

Этап 6

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

$- \frac{x \cos (2 x)}{2}]_{0}^{π} + \frac{1}{2} \int_{0}^{2 π} \frac{\cos (u)}{2} d u$

Этап 7

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

$- \frac{x \cos (2 x)}{2}]_{0}^{π} + \frac{1}{2} (\frac{1}{2} \int_{0}^{2 π} \cos (u) d u)$

Этап 8

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 8.1

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

$- \frac{x \cos (2 x)}{2}]_{0}^{π} + \frac{1}{2 \cdot 2} \int_{0}^{2 π} \cos (u) d u$

Этап 8.2

Умножим $2$ на $2$ .

$- \frac{x \cos (2 x)}{2}]_{0}^{π} + \frac{1}{4} \int_{0}^{2 π} \cos (u) d u$

Этап 9

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

$- \frac{x \cos (2 x)}{2}]_{0}^{π} + \frac{1}{4} \sin (u)]_{0}^{2 π}$

Этап 10

Подставим и упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.1

Найдем значение $- \frac{x \cos (2 x)}{2}$ в $π$ и в $0$ .

$(- \frac{π \cos (2 π)}{2}) + \frac{0 \cos (2 \cdot 0)}{2} + \frac{1}{4} \sin (u)]_{0}^{2 π}$

Этап 10.2

Найдем значение $\sin (u)$ в $2 π$ и в $0$ .

$(- \frac{π \cos (2 π)}{2}) + \frac{0 \cos (2 \cdot 0)}{2} + \frac{1}{4} ((\sin (2 π)) - \sin (0))$

Этап 10.3

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.3.1

Умножим $2$ на $0$ .

$- \frac{π \cos (2 π)}{2} + \frac{0 \cos (0)}{2} + \frac{1}{4} ((\sin (2 π)) - \sin (0))$

Этап 10.3.2

Умножим $0$ на $\cos (0)$ .

$- \frac{π \cos (2 π)}{2} + \frac{0}{2} + \frac{1}{4} ((\sin (2 π)) - \sin (0))$

Этап 10.3.3

Сократим общий множитель $0$ и $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.3.3.1

Вынесем множитель $2$ из $0$ .

$- \frac{π \cos (2 π)}{2} + \frac{2 (0)}{2} + \frac{1}{4} ((\sin (2 π)) - \sin (0))$

Этап 10.3.3.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.3.3.2.1

Вынесем множитель $2$ из $2$ .

$- \frac{π \cos (2 π)}{2} + \frac{2 \cdot 0}{2 \cdot 1} + \frac{1}{4} ((\sin (2 π)) - \sin (0))$

Этап 10.3.3.2.2

Сократим общий множитель.

$- \frac{π \cos (2 π)}{2} + \frac{2 \cdot 0}{2 \cdot 1} + \frac{1}{4} ((\sin (2 π)) - \sin (0))$

Этап 10.3.3.2.3

Перепишем это выражение.

$- \frac{π \cos (2 π)}{2} + \frac{0}{1} + \frac{1}{4} ((\sin (2 π)) - \sin (0))$

Этап 10.3.3.2.4

Разделим $0$ на $1$ .

$- \frac{π \cos (2 π)}{2} + 0 + \frac{1}{4} ((\sin (2 π)) - \sin (0))$

Этап 10.3.4

Добавим $- \frac{π \cos (2 π)}{2}$ и $0$ .

$- \frac{π \cos (2 π)}{2} + \frac{1}{4} ((\sin (2 π)) - \sin (0))$

Этап 10.3.5

Чтобы записать $\frac{1}{4} (\sin (2 π) - \sin (0))$ в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на $\frac{2}{2}$ .

$- \frac{π \cos (2 π)}{2} + \frac{1}{4} (\sin (2 π) - \sin (0)) \cdot \frac{2}{2}$

Этап 10.3.6

Объединим $\frac{1}{4} (\sin (2 π) - \sin (0))$ и $\frac{2}{2}$ .

$- \frac{π \cos (2 π)}{2} + \frac{\frac{1}{4} (\sin (2 π) - \sin (0)) \cdot 2}{2}$

Этап 10.3.7

Объединим числители над общим знаменателем.

$\frac{- π \cos (2 π) + \frac{1}{4} (\sin (2 π) - \sin (0)) \cdot 2}{2}$

Этап 10.3.8

Объединим $2$ и $\frac{1}{4}$ .

$\frac{- π \cos (2 π) + \frac{2}{4} (\sin (2 π) - \sin (0))}{2}$

Этап 10.3.9

Сократим общий множитель $2$ и $4$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.3.9.1

Вынесем множитель $2$ из $2$ .

$\frac{- π \cos (2 π) + \frac{2 (1)}{4} (\sin (2 π) - \sin (0))}{2}$

Этап 10.3.9.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 10.3.9.2.1

Вынесем множитель $2$ из $4$ .

$\frac{- π \cos (2 π) + \frac{2 \cdot 1}{2 \cdot 2} (\sin (2 π) - \sin (0))}{2}$

Этап 10.3.9.2.2

Сократим общий множитель.

$\frac{- π \cos (2 π) + \frac{2 \cdot 1}{2 \cdot 2} (\sin (2 π) - \sin (0))}{2}$

Этап 10.3.9.2.3

Перепишем это выражение.

$\frac{- π \cos (2 π) + \frac{1}{2} (\sin (2 π) - \sin (0))}{2}$

Этап 11

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.1

Точное значение $\sin (0)$ : $0$ .

$\frac{- π \cos (2 π) + \frac{1}{2} (\sin (2 π) - 0)}{2}$

Этап 11.2

Умножим $- 1$ на $0$ .

$\frac{- π \cos (2 π) + \frac{1}{2} (\sin (2 π) + 0)}{2}$

Этап 11.3

Добавим $\sin (2 π)$ и $0$ .

$\frac{- π \cos (2 π) + \frac{1}{2} \sin (2 π)}{2}$

Этап 11.4

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

$\frac{- π \cos (2 π) + \frac{\sin (2 π)}{2}}{2}$

Этап 11.5

Умножим $\frac{- π \cos (2 π) + \frac{\sin (2 π)}{2}}{2}$ на $\frac{2}{2}$ .

$\frac{2}{2} \cdot \frac{- π \cos (2 π) + \frac{\sin (2 π)}{2}}{2}$

Этап 11.6

Объединим.

$\frac{2 (- π \cos (2 π) + \frac{\sin (2 π)}{2})}{2 \cdot 2}$

Этап 11.7

Применим свойство дистрибутивности.

$\frac{2 (- π \cos (2 π)) + 2 \frac{\sin (2 π)}{2}}{2 \cdot 2}$

Этап 11.8

Сократим общий множитель $2$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 11.8.1

Сократим общий множитель.

$\frac{2 (- π \cos (2 π)) + 2 \frac{\sin (2 π)}{2}}{2 \cdot 2}$

Этап 11.8.2

Перепишем это выражение.

$\frac{2 (- π \cos (2 π)) + \sin (2 π)}{2 \cdot 2}$

Этап 11.9

Умножим $- 1$ на $2$ .

$\frac{- 2 (π \cos (2 π)) + \sin (2 π)}{2 \cdot 2}$

Этап 11.10

Умножим $2$ на $2$ .

$\frac{- 2 π \cos (2 π) + \sin (2 π)}{4}$

Этап 11.11

Вынесем множитель $- 1$ из $- 2 π \cos (2 π)$ .

$\frac{- (2 π \cos (2 π)) + \sin (2 π)}{4}$

Этап 11.12

Вынесем множитель $- 1$ из $\sin (2 π)$ .

$\frac{- (2 π \cos (2 π)) - 1 (- \sin (2 π))}{4}$

Этап 11.13

Вынесем множитель $- 1$ из $- (2 π \cos (2 π)) - 1 (- \sin (2 π))$ .

$\frac{- (2 π \cos (2 π) - \sin (2 π))}{4}$

Этап 11.14

Перепишем $- (2 π \cos (2 π) - \sin (2 π))$ в виде $- 1 (2 π \cos (2 π) - \sin (2 π))$ .

$\frac{- 1 (2 π \cos (2 π) - \sin (2 π))}{4}$

Этап 11.15

Вынесем знак минуса перед дробью.

$- \frac{2 π \cos (2 π) - \sin (2 π)}{4}$

Этап 12

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.1

Удалим число полных оборотов $2 π$ , чтобы угол оказался больше или равен $0$ и меньше $2 π$ .

$- \frac{2 π \cos (0) - \sin (2 π)}{4}$

Этап 12.2

Точное значение $\cos (0)$ : $1$ .

$- \frac{2 π \cdot 1 - \sin (2 π)}{4}$

Этап 12.3

Умножим $2$ на $1$ .

$- \frac{2 π - \sin (2 π)}{4}$

Этап 12.4

Удалим число полных оборотов $2 π$ , чтобы угол оказался больше или равен $0$ и меньше $2 π$ .

$- \frac{2 π - \sin (0)}{4}$

Этап 12.5

Точное значение $\sin (0)$ : $0$ .

$- \frac{2 π - 0}{4}$

Этап 12.6

Умножим $- 1$ на $0$ .

$- \frac{2 π + 0}{4}$

Этап 12.7

Сократим общий множитель $2 π + 0$ и $4$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.7.1

Вынесем множитель $2$ из $2 π$ .

$- \frac{2 (π) + 0}{4}$

Этап 12.7.2

Вынесем множитель $2$ из $0$ .

$- \frac{2 (π) + 2 (0)}{4}$

Этап 12.7.3

Вынесем множитель $2$ из $2 (π) + 2 (0)$ .

$- \frac{2 (π + 0)}{4}$

Этап 12.7.4

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 12.7.4.1

Вынесем множитель $2$ из $4$ .

$- \frac{2 (π + 0)}{2 (2)}$

Этап 12.7.4.2

Сократим общий множитель.

$- \frac{2 (π + 0)}{2 \cdot 2}$

Этап 12.7.4.3

Перепишем это выражение.

$- \frac{π + 0}{2}$

Этап 12.8

Добавим $π$ и $0$ .

$- \frac{π}{2}$

Этап 13

Результат можно представить в различном виде.

Точная форма:

$- \frac{π}{2}$

Десятичная форма:

$- 1.57079632 \dots$