Calcul infinitésimal Exemples

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

Étape 1

Écrivez $\cos^{2} (3 x)$ comme une fonction.

$f (x) = \cos^{2} (3 x)$

Étape 2

La fonction $F (x)$ peut être trouvée en déterminant l’intégrale infinie de la dérivée $f (x)$ .

$F (x) = \int f (x) d x$

Étape 3

Définissez l’intégrale à résoudre.

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

Étape 4

Laissez $u_{1} = 3 x$ . Alors $d u_{1} = 3 d x$ , donc $\frac{1}{3} d u_{1} = d x$ . Réécrivez avec $u_{1}$ et $d$ $u_{1}$ .

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Étape 4.1

Laissez $u_{1} = 3 x$ . Déterminez $\frac{d u_{1}}{d x}$ .

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Étape 4.1.1

Différenciez $3 x$ .

$\frac{d}{d x} [3 x]$

Étape 4.1.2

Comme $3$ est constant par rapport à $x$ , la dérivée de $3 x$ par rapport à $x$ est $3 \frac{d}{d x} [x]$ .

$3 \frac{d}{d x} [x]$

Étape 4.1.3

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ est $n x^{n - 1}$ où $n = 1$ .

$3 \cdot 1$

Étape 4.1.4

Multipliez $3$ par $1$ .

$3$

Étape 4.2

Réécrivez le problème en utilisant $u_{1}$ et $d u_{1}$ .

$\int \cos^{2} (u_{1}) \frac{1}{3} d u_{1}$

Étape 5

Associez $\cos^{2} (u_{1})$ et $\frac{1}{3}$ .

$\int \frac{\cos^{2} (u_{1})}{3} d u_{1}$

Étape 6

Comme $\frac{1}{3}$ est constant par rapport à $u_{1}$ , placez $\frac{1}{3}$ en dehors de l’intégrale.

$\frac{1}{3} \int \cos^{2} (u_{1}) d u_{1}$

Étape 7

Utilisez la formule de l’angle moitié pour réécrire $\cos^{2} (u_{1})$ en $\frac{1 + \cos (2 u_{1})}{2}$ .

$\frac{1}{3} \int \frac{1 + \cos (2 u_{1})}{2} d u_{1}$

Étape 8

Comme $\frac{1}{2}$ est constant par rapport à $u_{1}$ , placez $\frac{1}{2}$ en dehors de l’intégrale.

$\frac{1}{3} (\frac{1}{2} \int 1 + \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

Étape 9

Simplifiez

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Étape 9.1

Multipliez $\frac{1}{2}$ par $\frac{1}{3}$ .

$\frac{1}{2 \cdot 3} \int 1 + \cos (2 u_{1}) d u_{1}$

Étape 9.2

Multipliez $2$ par $3$ .

$\frac{1}{6} \int 1 + \cos (2 u_{1}) d u_{1}$

Étape 10

Séparez l’intégrale unique en plusieurs intégrales.

$\frac{1}{6} (\int d u_{1} + \int \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

Étape 11

Appliquez la règle de la constante.

$\frac{1}{6} (u_{1} + C + \int \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

Étape 12

Laissez $u_{2} = 2 u_{1}$ . Alors $d u_{2} = 2 d u_{1}$ , donc $\frac{1}{2} d u_{2} = d u_{1}$ . Réécrivez avec $u_{2}$ et $d$ $u_{2}$ .

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Étape 12.1

Laissez $u_{2} = 2 u_{1}$ . Déterminez $\frac{d u_{2}}{d u_{1}}$ .

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Étape 12.1.1

Différenciez $2 u_{1}$ .

$\frac{d}{d u_{1}} [2 u_{1}]$

Étape 12.1.2

Comme $2$ est constant par rapport à $u_{1}$ , la dérivée de $2 u_{1}$ par rapport à $u_{1}$ est $2 \frac{d}{d u_{1}} [u_{1}]$ .

$2 \frac{d}{d u_{1}} [u_{1}]$

Étape 12.1.3

Différenciez en utilisant la règle de puissance qui indique que $\frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{n}]$ est $n {u_{1}}^{n - 1}$ où $n = 1$ .

$2 \cdot 1$

Étape 12.1.4

Multipliez $2$ par $1$ .

$2$

Étape 12.2

Réécrivez le problème en utilisant $u_{2}$ et $d u_{2}$ .

$\frac{1}{6} (u_{1} + C + \int \cos (u_{2}) \frac{1}{2} d u_{2})$

Étape 13

Associez $\cos (u_{2})$ et $\frac{1}{2}$ .

$\frac{1}{6} (u_{1} + C + \int \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Étape 14

Comme $\frac{1}{2}$ est constant par rapport à $u_{2}$ , placez $\frac{1}{2}$ en dehors de l’intégrale.

$\frac{1}{6} (u_{1} + C + \frac{1}{2} \int \cos (u_{2}) d u_{2})$

Étape 15

L’intégrale de $\cos (u_{2})$ par rapport à $u_{2}$ est $\sin (u_{2})$ .

$\frac{1}{6} (u_{1} + C + \frac{1}{2} (\sin (u_{2}) + C))$

Étape 16

Simplifiez

$\frac{1}{6} (u_{1} + \frac{1}{2} \sin (u_{2})) + C$

Étape 17

Remplacez à nouveau pour chaque variable de substitution de l’intégration.

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Étape 17.1

Remplacez toutes les occurrences de $u_{1}$ par $3 x$ .

$\frac{1}{6} (3 x + \frac{1}{2} \sin (u_{2})) + C$

Étape 17.2

Remplacez toutes les occurrences de $u_{2}$ par $2 u_{1}$ .

$\frac{1}{6} (3 x + \frac{1}{2} \sin (2 u_{1})) + C$

Étape 17.3

Remplacez toutes les occurrences de $u_{1}$ par $3 x$ .

$\frac{1}{6} (3 x + \frac{1}{2} \sin (2 (3 x))) + C$

Étape 18

Simplifiez

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Étape 18.1

Simplifiez chaque terme.

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Étape 18.1.1

Multipliez $3$ par $2$ .

$\frac{1}{6} (3 x + \frac{1}{2} \sin (6 x)) + C$

Étape 18.1.2

Associez $\frac{1}{2}$ et $\sin (6 x)$ .

$\frac{1}{6} (3 x + \frac{\sin (6 x)}{2}) + C$

Étape 18.2

Appliquez la propriété distributive.

$\frac{1}{6} (3 x) + \frac{1}{6} \cdot \frac{\sin (6 x)}{2} + C$

Étape 18.3

Annulez le facteur commun de $3$ .

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Étape 18.3.1

Factorisez $3$ à partir de $6$ .

$\frac{1}{3 (2)} (3 x) + \frac{1}{6} \cdot \frac{\sin (6 x)}{2} + C$

Étape 18.3.2

Factorisez $3$ à partir de $3 x$ .

$\frac{1}{3 (2)} (3 (x)) + \frac{1}{6} \cdot \frac{\sin (6 x)}{2} + C$

Étape 18.3.3

Annulez le facteur commun.

$\frac{1}{3 \cdot 2} (3 x) + \frac{1}{6} \cdot \frac{\sin (6 x)}{2} + C$

Étape 18.3.4

Réécrivez l’expression.

$\frac{1}{2} x + \frac{1}{6} \cdot \frac{\sin (6 x)}{2} + C$

Étape 18.4

Associez $\frac{1}{2}$ et $x$ .

$\frac{x}{2} + \frac{1}{6} \cdot \frac{\sin (6 x)}{2} + C$

Étape 18.5

Multipliez $\frac{1}{6} \cdot \frac{\sin (6 x)}{2}$ .

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Étape 18.5.1

Multipliez $\frac{1}{6}$ par $\frac{\sin (6 x)}{2}$ .

$\frac{x}{2} + \frac{\sin (6 x)}{6 \cdot 2} + C$

Étape 18.5.2

Multipliez $6$ par $2$ .

$\frac{x}{2} + \frac{\sin (6 x)}{12} + C$

Étape 19

Remettez les termes dans l’ordre.

$\frac{1}{2} x + \frac{1}{12} \sin (6 x) + C$

Étape 20

La réponse est la dérivée première de la fonction $f (x) = \cos^{2} (3 x)$ .

$F (x) =$ $\frac{1}{2} x + \frac{1}{12} \sin (6 x) + C$