如何求∫(sinx)^6 dx的通解。
【题目】求不定积分∫(sinx)^6 dx。(注:原题有误,应不存在“通解”二字之说)
【计算结果】
【计算思路】
1、将阶处理。运用三角函数的倍角关系,将(sinx)^6 转换成(1-cos2x)³/2³
2、运用完全立方和公式,将(1-cos2x)³展开计算
3、运用积分运算法则和基本公式,进行计算
4、将阶处理。运用三角函数的倍角关系,将(cos²2x) 转换成(1+cos4x)/2
5、将阶处理。运用三角函数的基本关系,将(cos³2x) 转换成(1-sin²2x)cos2x
6、运用积分运算法则和基本公式,进行计算
7、最后合并同类项,得到其结果
【计算过程】
解法一(降价法):
解法二(套三角简化积分公式):
【本题知识点】
1、不定积分。设f(x)在某区间I上有定义,如果存在函数F(x),使得对于任一x∈I,成立F'(x)=f(x),则称F(x)是f(x)的原函数,且f(x)的不定积分为
∫f(x)dx=F(x)+C
式中:∫——积分号,f(x)dx——被积式,f(x)——被积函数,F(x)——原函数,C——积分常数
注意:如果将求导看成一种运算,那么积分是其逆运算,也就是已知f(x),要找一个函数F(x),使得F'(x)=f(x),所以相对而言,积分比求导要困难。
2、不定积分法则。
3、凑微分法。凑微分法,把被积分式凑成某个函数的微分的积分方法,换元积分两种方法中第一类换元积分法的别称。
例如本题中,d(sin2x)就是凑微分的形式,把(sin2x)可以看成是一个新的变量。
4、完全立方和公式。
(a+b)³=a³+3a²b+3ab²+b³
5、基本三角函数关系。
sinα·cscα=1
cosα·secα=1
tanα·cotα=1
sin²α+cos²α=1
sec²α-tan²α=1
csc²α-cot²α=1
tanα=sinα/cosα
cotα=cosα/sinα
6、三角函数的基本公式。
2023-05-08
具体地,我们有:
sin^6x = (sin^2x)^3 = (1-cos^2x)^3 = 1 - 3cos^2x + 3cos^4x - cos^6x
因此,
∫(sinx)^6 dx = ∫[1 - 3cos^2x + 3cos^4x - cos^6x] dx
我们可以依次计算每一项的积分。其中,1的积分是x加一个常数,而cos^2x的积分是 sinx/2 + x/2,cos^4x的积分是 (3/8)sin2x + (3/4)x,而cos^6x的积分可以使用三角恒等式变成:
cos^6x = (cos^2x)^3 = (1-sin^2x)^3 = 1 - 3sin^2x + 3sin^4x - sin^6x
因此,
∫cos^6x dx = ∫[1 - 3sin^2x + 3sin^4x - sin^6x] dx
我们再次依次计算每一项的积分。其中,1的积分是x加一个常数,而sin^2x的积分是 (1/2)x - (1/4)sin2x,sin^4x的积分可以使用三角恒等式变成:
sin^4x = (1-cos^2x)^2 = 1 - 2cos^2x + cos^4x
因此,
∫sin^4x dx = ∫[1 - 2cos^2x + cos^4x] sinxdx
我们再次依次计算每一项的积分。其中,1的积分是x加一个常数,cos^2x的积分可以使用三角恒等式变成:
cos^2x = (1+cos2x)/2
因此,
∫cos^2x sinxdx = ∫[(1+cos2x)/2] sinxdx = (1/2)∫sinxdx + (1/2)∫cos2x sinxdx = -(1/2)cosx + (1/4)sin2x
接下来我们把每一步的结果合起来,得到:
∫(sinx)^6 dx = x - 3/4sinx + 3/32sin2x - 1/32sin3x + 1/192sin4x - 1/192sin5x + C
其中C是一个常数,可以是任意实数。这就是所求的通解。
=∫ [(sinx)^2]^3 dx
=(1/8)∫ [ 1- cos2x ]^3 dx
= (1/8)∫ [ 1- 3cos2x + 3(cos2x)^2 - (cos2x)^3 ]dx
=(1/8)[ x - (3/2)sin2x] +(3/8)∫ (cos2x)^2 dx-(1/8)∫ (cos2x)^3 dx
=(1/8)[ x - (3/2)sin2x ]+(3/16)∫ (1+cos4x) dx-(1/16)∫ (cos2x)^2 dsin2x
=(1/8)[ x - (3/2)sin2x ] +(3/16)[x+(1/4)sin4x] -(1/16)∫[1- (sin2x)^2] dsin2x
=(1/8)[ x - (3/2)sin2x ] +(3/16)[x+(1/4)sin4x] -(1/16)[sin2x- (1/3)(sin2x)^3] +C