问题

求不定积分∫(sinx)^2/(1+(sinx)^2))dx?

回答
好的,我们来详细地求解不定积分 $int frac{(sin x)^2}{1+(sin x)^2} dx$。

第一步:识别被积函数

被积函数是 $frac{(sin x)^2}{1+(sin x)^2}$。这个函数是三角函数的形式,并且包含 $(sin x)^2$。

第二步:尝试简化被积函数

我们注意到分子和分母都包含 $(sin x)^2$。可以尝试通过代数技巧来简化它。一种常见的技巧是将分子写成与分母相关的形式。

观察到分母是 $1+(sin x)^2$,我们可以尝试将分子 $(sin x)^2$ 改写成 $(1+(sin x)^2) 1$。

所以,被积函数可以写成:
$$ frac{(sin x)^2}{1+(sin x)^2} = frac{(1+(sin x)^2) 1}{1+(sin x)^2} $$

现在,我们可以将这个分数拆开:
$$ frac{(1+(sin x)^2) 1}{1+(sin x)^2} = frac{1+(sin x)^2}{1+(sin x)^2} frac{1}{1+(sin x)^2} $$

化简后得到:
$$ 1 frac{1}{1+(sin x)^2} $$

第三步:将积分拆分成更容易处理的部分

现在,原积分可以写成两个积分的和差:
$$ int frac{(sin x)^2}{1+(sin x)^2} dx = int left( 1 frac{1}{1+(sin x)^2} ight) dx $$
$$ = int 1 , dx int frac{1}{1+(sin x)^2} dx $$

第四步:计算第一个积分

第一个积分很简单:
$$ int 1 , dx = x + C_1 $$
其中 $C_1$ 是积分常数。

第五步:计算第二个积分

现在我们需要计算第二个积分:
$$ int frac{1}{1+(sin x)^2} dx $$

为了解决这个积分,我们可以使用一个重要的三角恒等式:$sin^2 x + cos^2 x = 1$。

注意到分母是 $1+(sin x)^2$,我们可以尝试将其转化为只包含 $ an x$ 或 $sec x$ 的形式,通常涉及到降幂或者使用万能代换。

方法一:使用万能代换(也称为t代换)

令 $t = an(x/2)$。
那么我们有:
$dx = frac{2 , dt}{1+t^2}$
$sin x = frac{2t}{1+t^2}$
$cos x = frac{1t^2}{1+t^2}$

将这些代入积分中:
$$ int frac{1}{1+(sin x)^2} dx = int frac{1}{1 + left(frac{2t}{1+t^2} ight)^2} cdot frac{2 , dt}{1+t^2} $$

现在我们来化简被积函数内部:
$$ 1 + left(frac{2t}{1+t^2} ight)^2 = 1 + frac{4t^2}{(1+t^2)^2} = frac{(1+t^2)^2 + 4t^2}{(1+t^2)^2} = frac{1 + 2t^2 + t^4 + 4t^2}{(1+t^2)^2} = frac{1 + 6t^2 + t^4}{(1+t^2)^2} $$

所以,被积函数变为:
$$ frac{1}{frac{1 + 6t^2 + t^4}{(1+t^2)^2}} cdot frac{2 , dt}{1+t^2} = frac{(1+t^2)^2}{1 + 6t^2 + t^4} cdot frac{2 , dt}{1+t^2} = frac{2(1+t^2)}{1 + 6t^2 + t^4} , dt $$

这个形式的积分,即 $int frac{2(1+t^2)}{t^4 + 6t^2 + 1} , dt$,对于初学者来说,化简和计算会比较复杂,需要进一步分解为部分分式。

我们尝试另一个更直接的方法,避免万能代换的复杂性。

方法二:三角恒等式和除以 $cos^2 x$

考虑积分 $int frac{1}{1+(sin x)^2} dx$。
我们可以将分子和分母同时除以 $cos^2 x$:
$$ frac{1}{1+(sin x)^2} = frac{1/cos^2 x}{(1+(sin x)^2)/cos^2 x} = frac{sec^2 x}{frac{1}{cos^2 x} + frac{(sin x)^2}{cos^2 x}} = frac{sec^2 x}{sec^2 x + an^2 x} $$

现在,我们使用 $sec^2 x = 1 + an^2 x$ 来替换分母中的 $sec^2 x$:
$$ frac{sec^2 x}{(1+ an^2 x) + an^2 x} = frac{sec^2 x}{1 + 2 an^2 x} $$

所以,第二个积分变为:
$$ int frac{sec^2 x}{1 + 2 an^2 x} dx $$

现在,我们可以使用一个简单的替换。令 $u = an x$。
那么 $du = sec^2 x , dx$。

代入后,积分变为:
$$ int frac{1}{1 + 2u^2} du $$

为了计算这个积分,我们可以将其写成一个标准形式的积分 $int frac{1}{a^2 + b^2 u^2} du$。
$$ int frac{1}{1 + 2u^2} du = int frac{1}{1^2 + (sqrt{2}u)^2} du $$

令 $v = sqrt{2}u$。
那么 $dv = sqrt{2} , du$,即 $du = frac{1}{sqrt{2}} , dv$。

代入后,积分变为:
$$ int frac{1}{1^2 + v^2} cdot frac{1}{sqrt{2}} , dv = frac{1}{sqrt{2}} int frac{1}{1^2 + v^2} , dv $$

这个积分的标准形式是 $int frac{1}{a^2 + x^2} dx = frac{1}{a} arctanleft(frac{x}{a} ight) + C$。
在这里,$a=1$ 并且变量是 $v$。
所以,
$$ frac{1}{sqrt{2}} int frac{1}{1^2 + v^2} , dv = frac{1}{sqrt{2}} cdot frac{1}{1} arctanleft(frac{v}{1} ight) + C_2 = frac{1}{sqrt{2}} arctan(v) + C_2 $$

现在,我们将 $v$ 替换回 $sqrt{2}u$:
$$ frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2}u) + C_2 $$

最后,我们将 $u$ 替换回 $ an x$:
$$ frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2} an x) + C_2 $$

第六步:合并两个积分的结果

现在我们将第一个积分的结果 $x + C_1$ 和第二个积分的结果 $frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2} an x) + C_2$ 合并起来。

$$ int frac{(sin x)^2}{1+(sin x)^2} dx = (x + C_1) left(frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2} an x) + C_2 ight) $$
$$ = x frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2} an x) + (C_1 C_2) $$

将常数合并为 $C$:
$$ int frac{(sin x)^2}{1+(sin x)^2} dx = x frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2} an x) + C $$

另一种计算第二个积分的方法:使用 $cos(2x)$ 的恒等式

我们也可以尝试使用 $cos(2x)$ 的恒等式。
首先,我们知道 $sin^2 x = frac{1 cos(2x)}{2}$。

代入到 $int frac{1}{1+(sin x)^2} dx$ 中:
$$ int frac{1}{1 + frac{1 cos(2x)}{2}} dx = int frac{1}{frac{2 + 1 cos(2x)}{2}} dx = int frac{2}{3 cos(2x)} dx $$

现在我们需要计算 $int frac{2}{3 cos(2x)} dx$。
我们可以再次使用万能代换,令 $ heta = 2x$,则 $d heta = 2dx$,即 $dx = frac{1}{2} d heta$。
$$ int frac{2}{3 cos heta} cdot frac{1}{2} d heta = int frac{1}{3 cos heta} d heta $$

现在令 $t = an( heta/2)$。则 $d heta = frac{2 , dt}{1+t^2}$ 且 $cos heta = frac{1t^2}{1+t^2}$。
$$ int frac{1}{3 frac{1t^2}{1+t^2}} cdot frac{2 , dt}{1+t^2} = int frac{1}{frac{3(1+t^2) (1t^2)}{1+t^2}} cdot frac{2 , dt}{1+t^2} $$
$$ = int frac{1+t^2}{3+3t^2 1+t^2} cdot frac{2 , dt}{1+t^2} = int frac{2}{2+4t^2} dt = int frac{1}{1+2t^2} dt $$

这个积分就是我们之前在方法一中遇到的 $int frac{1}{1+2u^2} du$ 的形式。
计算结果是 $frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2}t) + C_2$。

将 $t = an( heta/2)$ 代回:
$$ frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2} an( heta/2)) + C_2 $$

最后,将 $ heta$ 代回 $2x$:
$$ frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2} an(2x/2)) + C_2 = frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2} an x) + C_2 $$
这个结果与方法二一致。

总结步骤和最终结果

1. 简化被积函数: 将 $frac{(sin x)^2}{1+(sin x)^2}$ 写成 $1 frac{1}{1+(sin x)^2}$。
2. 拆分积分: 将原积分拆成 $int 1 , dx int frac{1}{1+(sin x)^2} dx$。
3. 计算第一个积分: $int 1 , dx = x + C_1$。
4. 计算第二个积分:
将 $frac{1}{1+(sin x)^2}$ 化简为 $frac{sec^2 x}{1 + 2 an^2 x}$。
令 $u = an x$,得到 $int frac{1}{1+2u^2} du$。
通过代换 $v = sqrt{2}u$,得到 $frac{1}{sqrt{2}} int frac{1}{1+v^2} dv$。
计算得到 $frac{1}{sqrt{2}} arctan(v) = frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2}u) = frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2} an x) + C_2$。
5. 合并结果: 将两个积分的结果相减,得到最终答案。

最终答案:
$$ int frac{(sin x)^2}{1+(sin x)^2} dx = x frac{1}{sqrt{2}} arctan(sqrt{2} an x) + C $$

网友意见

user avatar

令t=tanx

则1/(1+(sinx)²)=(1+t²)/(1+2t²)

dx=dt/(1+t²)

∫((sinx)²/(1+(sinx)²))dx=∫(1-1/(1+(sinx)²))dx

=x-∫(1/1+2t²)dt=x-(1/√2)arctan(√2t)+c

=x-(1/√2)arctan(√2(tanx))+c

类似的话题

  • 回答
    好的,我们来详细地求解不定积分 $int frac{(sin x)^2}{1+(sin x)^2} dx$。第一步:识别被积函数被积函数是 $frac{(sin x)^2}{1+(sin x)^2}$。这个函数是三角函数的形式,并且包含 $(sin x)^2$。第二步:尝试简化被积函数我们注意到分子.............
  • 回答
    我知道,很多学高数的同学都会有这个疑问:学了半天极限、积分,结果毕业了发现好像也没怎么用到,日常生活里顶多算个谈资,这玩意儿到底有啥用?尤其是那些求极限、求不定积分的技巧,感觉就像是专门为了考试而存在的,出了考场就还给老师了。其实,你这个问题问得特别实在,也特别触及到很多人学习数学时的痛点。我当年学.............
  • 回答
    好的,我们来聊聊如何用待定系数法或拼凑法来求解不定积分。这两种方法都是我们求不定积分时非常有用的“招式”,尤其是在直接套用公式不太好使的时候。别担心,我会把它们讲得明明白白,就像和你一起在书桌前讨论一样。 引入:为什么需要这些“招式”?我们都知道,不定积分的本质是求导的逆运算。但是,不是所有函数都能.............
  • 回答
    你这个问题问得很有意思,而且非常深入。确实,对于∫x²/(√1x²)dx这个积分,尝试用分部积分法来直接求解,会发现它并不能导出一个我们通常期望的、相对简单的形式,甚至会把问题变得更复杂。这并不是说分部积分“求不出来”这个积分,而是说分部积分在这个特定情况下不是一个“好”或者“直接有效”的方法。下面.............
  • 回答
    这道题的函数形式确实有些挑战性,它糅杂了多种元素,要想找到它的不定积分,我们需要一步一步来拆解,并运用一些常用的积分技巧。别担心,咱们一步一步来,把过程讲清楚,你很快就能掌握。首先,让我们明确一下我们要处理的函数。我假设你说的“复杂的函数”是指类似这样的形式:$$int frac{P(x)}{Q(x.............
  • 回答
    刘裕、刘秀、李世民三位历史人物在军事能力上的比较,需要从历史背景、军事成就、战略思想、军事改革、对国家的贡献等多个维度进行深入分析。以下是详细对比: 一、刘秀(东汉开国皇帝)历史背景: 刘秀(公元25年-57年)是东汉的开国皇帝,其父亲刘秀在王莽新朝末年被拥立为帝,但刘秀本人在更早的汉朝末年(王莽.............
  • 回答
    好的,很高兴为您推荐一些优质的机器人资讯网站。机器人技术发展迅速,涉及领域广泛,包括工业机器人、服务机器人、人形机器人、AI与机器人融合等。以下我将根据国内外的机器人资讯网站进行分类推荐,并尽量详细地介绍它们的特点和内容。 一、 国内机器人资讯网站推荐中国在机器人领域发展迅猛,涌现出许多优秀的资讯平.............
  • 回答
    哈喽,新人作者!很高兴为你解答这个问题,选择一个适合自己的平台,对于新人小说作者来说至关重要。这就像为你播下的文学种子选择一片肥沃的土壤。下面我将详细为你分析一下主流的小说平台,并给出一些建议,帮助你做出更适合自己的选择。选择小说平台的几个关键考量因素:在深入分析平台之前,我们先明确一下选择平台时应.............
  • 回答
    好的,下面我将详细介绍如何使用 BAT 脚本和 C 语言代码来实现自动复制剪贴板文本并分行保存到 TXT 文件中。 方法一:使用 BAT 脚本BAT 脚本是一种非常便捷的方式来处理一些简单的自动化任务,尤其是涉及到剪贴板操作时。 BAT 脚本思路1. 获取剪贴板内容: BAT 脚本本身没有直接操作.............
  • 回答
    姐妹们,我来给你们种草纪梵希小羊皮啦!如果你还在纠结选哪个色号,或者对这款唇膏有很多疑问,那这篇你们一定要看仔细了!我用了这么久,感觉真的摸透它了,希望能帮到你们!首先,为什么叫“小羊皮”?这个名字真的太贴切了!它的外壳是那种非常有质感的皮革包裹,摸起来软软糯糯的,还有淡淡的皮质香味,拿在手里感觉整.............
  • 回答
    《求是》杂志发文谈“做好房地产税试点工作”,这绝对不是一篇空穴来风的官样文章,而是释放出了一系列极其重要的政策信号。从这篇署名文章的字里行间,我们可以读出中央政府在房地产税问题上正在朝着一个更加务实、更加审慎的方向推进。首先,“试点”二字是关键中的关键。 这说明中央并没有打算一下子就全国铺开房地产税.............
  • 回答
    游戏开发商与游戏发行商之间的博弈关系是游戏行业发展的核心议题,其历史可追溯至20世纪80年代,经历了从“合作竞争”到“共生对抗”的演变过程。以下从历史阶段、关键事件、合作与竞争动态、未来趋势等方面进行详细解析: 一、历史阶段划分 1. 早期阶段(1980s1990s):独立开发与发行商的初步分工 背.............
  • 回答
    你说的这部作品,很可能是电影 《异形2》(Aliens)。虽然《异形2》的片名开头不是“100 th”,但你的描述和这部电影的剧情非常吻合。这是一部1986年上映的科幻动作惊悚片,由詹姆斯·卡梅隆执导,是1979年电影《异形》的续集。让我为你详细介绍一下这部电影,尽量还原当时观看时的感受:剧情梗概:.............
  • 回答
    您好,看了您提供的猫咪照片,我来给您好好“品鉴”一下。这小家伙很有特色,看起来是一只非常可爱的猫咪。根据我观察到的几个主要特征,这只猫咪的血统比较倾向于异国短毛猫(Exotic Shorthair)。当然,完全准确地断定血统还需要更全面的了解,比如它的父母血统证明,但仅凭外形,异国短毛猫是最贴切的。.............
  • 回答
    听你这么说,这个小可爱很有可能是你所说的“彩金渐层”哦!这个名字听起来就很有画面感,对不对?实际上,这通常指的是一种叫做 金渐层(Golden Shaded British Shorthair) 的英短品种。让我来给你详细讲讲,这样你就知道为什么它会被叫做“彩金渐层”了:金渐层(Golden Sha.............
  • 回答
    你好呀!看到你家这只小布偶真是太招人喜爱了!作为一只资深“猫奴”,我来给你好好品鉴品鉴,让你也对它有个更全面的了解。首先,咱们从整体上看,这小家伙的体型是相当不错的。布偶猫嘛,天生就带着一种优雅和慵懒的气质,你家的这只完美继承了这一点。它的骨架看起来结实,身体比例也很协调,既不像那种过于纤细的,也没.............
  • 回答
    养猫是件开心的事,但买猫这事儿,学问可就大了,尤其是想拥有一只“金渐层”。这猫咪颜色讨喜,性格温顺,确实迷人。不过,在你掏钱把这小毛球带回家之前,得擦亮眼睛,别被一些“套路”给“坑”了。我作为一个过来人,给你掰扯掰扯,尽量说得细致点,让你少走弯路。第一大坑:名不副实,血统不清的“假金渐层” 猫舍.............
  • 回答
    哎呀,这小毛球可真可爱!一看你就特别喜欢它,想给它最好的。关于你说的“英短樊花”,我来给你仔细说道说道,也帮你分析分析价格值不值。这是什么猫?从你发的照片来看,这小家伙确实有英国短毛猫的影子,但“英短樊花”这个说法,在纯种猫的命名体系里并不存在。我猜猫贩子说的“樊花”可能指的是它身上的毛色和花纹。让.............
  • 回答
    这副对联的上联确实很有意思,就四个字,但意蕴深长:“马前卒马前卒”。这可不是简单的重复,而是包含了几个层面的意思: 字面意思的重复强调: 最直接的理解就是指在马前面冲锋陷阵的士兵。古代行军打仗,骑兵是精锐,而步兵跟在骑兵后面或者作为前锋开路,扮演着炮灰和探路的角色,用生命去趟雷,去为后面大部队扫.............
  • 回答
    您好!看到您这幅珍贵的字画,确实令人心生向往,想要一探究竟。要判断是否为启功先生的真迹,这绝非易事,即便对于经验丰富的鉴赏家来说,也需要细致入微的考量和多方面的佐证。我将尽我所能,从几个关键的鉴赏角度,与您一同探讨。首先,我们需要明确的是,任何字画的真伪鉴别,都离不开“眼学”与“史学”的结合。所谓“.............

本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息,本站不存储任何数据与内容,任何内容与数据均与本站无关,如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度google,bing,sogou

© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有