삼각함수의 적분

수학노트
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개요

사인과 코사인의 거듭제곱

  • 사인과 코사인의 거듭제곱\[\int\sin^n {x}\;dx = -\frac{\sin^{n-1} x\cos x}{n} + \frac{n-1}{n}\int\sin^{n-2} x\;dx \qquad\mbox{(for }n>2\mbox{)}\,\!\]\[\int\cos^n x\;dx = \frac{\cos^{n-1} x\sin x}{n} + \frac{n-1}{n}\int\cos^{n-2} x\;dx \qquad\mbox{(for }n>2\mbox{)}\,\!\]
(증명)

\(\int\sin^n {x}\,dx = \int\sin^{n-2}{x} (1-\cos^2 x)\,dx=\int\sin^{n-2}{x}-\sin^{n-2}{x}\cos^2 x\,dx=\int\sin^{n-2}{x}-\int \sin^{n-2}{x}\cos^2 x\,dx\)


\(\int \sin^{n-2}{x}\cos^2 x\,dx=\int (\sin^{n-2}{x}\cos x)\cos x \,dx=\frac{1}{n-1}\sin^{n-1}x\cos x+\int \frac{1}{n-1}\sin^{n-1}x \sin x dx=\frac{1}{n-1}\sin^{n-1}x\cos x+\frac{1}{n-1}\int \sin^{n}x \,dx\)

여기서 치환적분 \(u=\cos x\), \(dv=\sin^{n-2}x\cos x \,dx\)


\(\int\sin^n {x}\,dx=\int\sin^{n-2}{x}-\int \sin^{n-2}{x}\cos^2 x\,dx=\int\sin^{n-2}{x}-\frac{1}{n-1}\sin^{n-1}x\cos x-\frac{1}{n-1}\int \sin^{n}x \,dx\)

\(\frac{n}{n-1}\int \sin^{n}x \,dx=\int\sin^{n-2}{x}-\frac{1}{n-1}\sin^{n-1}x\cos x\)


\(\int\sin^n {x}\;dx = -\frac{\sin^{n-1} x\cos x}{n} + \frac{n-1}{n}\int\sin^{n-2} x\;dx\) ■




탄젠트와 시컨트의 거듭제곱


\(\begin{align} \int \sec^3 x \, dx &{}= \int u\,dv \\ &{}= uv - \int v\,du \\ &{} = \sec x \tan x - \int \sec x \tan^2 x\,dx \\ &{}= \sec x \tan x - \int \sec x\, (\sec^2 x - 1)\,dx \\ &{}= \sec x \tan x - \left(\int \sec^3 x \, dx - \int \sec x\,dx.\right) \\ &{}= \sec x \tan x - \int \sec^3 x \, dx + \int \sec x\,dx. \end{align}\)



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리뷰, 에세이, 강의노트

  • Katugampola, Udita N. “Geometric Approach to the Integral $\int \sec X\,dx$.” arXiv:1511.01006 [math], November 1, 2015. http://arxiv.org/abs/1511.01006.