Математический анализ Примеры

$\frac{d r}{d θ} = \sin^{4} (π θ)$

Этап 1

Перепишем уравнение.

$d r = \sin^{4} (π θ) d θ$

Этап 2

Проинтегрируем обе части.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.1

Зададим интеграл на каждой стороне.

$\int d r = \int \sin^{4} (π θ) d θ$

Этап 2.2

Применим правило дифференцирования постоянных функций.

$r + C_{1} = \int \sin^{4} (π θ) d θ$

Этап 2.3

Проинтегрируем правую часть.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.1

Пусть $u_{1} = π θ$ . Тогда $d u_{1} = π d θ$ , следовательно $\frac{1}{π} d u_{1} = d θ$ . Перепишем, используя $u_{1}$ и $d$ $u_{1}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.1.1

Пусть $u_{1} = π θ$ . Найдем $\frac{d u_{1}}{d θ}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.1.1.1

Дифференцируем $π θ$ .

$\frac{d}{d θ} [π θ]$

Этап 2.3.1.1.2

Поскольку $π$ является константой относительно $θ$ , производная $π θ$ по $θ$ равна $π \frac{d}{d θ} [θ]$ .

$π \frac{d}{d θ} [θ]$

Этап 2.3.1.1.3

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d θ} [θ^{n}]$ имеет вид $n θ^{n - 1}$ , где $n = 1$ .

$π \cdot 1$

Этап 2.3.1.1.4

Умножим $π$ на $1$ .

$π$

Этап 2.3.1.2

Переформулируем задачу с помощью $u_{1}$ и $d u_{1}$ .

$r + C_{1} = \int \sin^{4} (u_{1}) \frac{1}{π} d u_{1}$

Этап 2.3.2

Объединим $\sin^{4} (u_{1})$ и $\frac{1}{π}$ .

$r + C_{1} = \int \frac{\sin^{4} (u_{1})}{π} d u_{1}$

Этап 2.3.3

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

$r + C_{1} = \frac{1}{π} \int \sin^{4} (u_{1}) d u_{1}$

Этап 2.3.4

Упростим с помощью разложения.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.4.1

Вынесем множитель $2$ из $4$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{π} \int {\sin (u_{1})}^{2 (2)} d u_{1}$

Этап 2.3.4.2

Перепишем ${\sin (u_{1})}^{2 (2)}$ в виде степенного выражения.

$r + C_{1} = \frac{1}{π} \int {(\sin^{2} (u_{1}))}^{2} d u_{1}$

Этап 2.3.5

Используем формулу половинного угла для записи $\sin^{2} (u_{1})$ в виде $\frac{1 - \cos (2 u_{1})}{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{π} \int {(\frac{1 - \cos (2 u_{1})}{2})}^{2} d u_{1}$

Этап 2.3.6

Пусть $u_{2} = 2 u_{1}$ . Тогда $d u_{2} = 2 d u_{1}$ , следовательно $\frac{1}{2} d u_{2} = d u_{1}$ . Перепишем, используя $u_{2}$ и $d$ $u_{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.6.1

Пусть $u_{2} = 2 u_{1}$ . Найдем $\frac{d u_{2}}{d u_{1}}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.6.1.1

Дифференцируем $2 u_{1}$ .

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

Этап 2.3.6.1.2

Поскольку $2$ является константой относительно $u_{1}$ , производная $2 u_{1}$ по $u_{1}$ равна $2 \frac{d}{d u_{1}} [u_{1}]$ .

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

Этап 2.3.6.1.3

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{n}]$ имеет вид $n {u_{1}}^{n - 1}$ , где $n = 1$ .

$2 \cdot 1$

Этап 2.3.6.1.4

Умножим $2$ на $1$ .

$2$

Этап 2.3.6.2

Переформулируем задачу с помощью $u_{2}$ и $d u_{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{π} \int {(\frac{1 - \cos (u_{2})}{2})}^{2} \frac{1}{2} d u_{2}$

Этап 2.3.7

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

$r + C_{1} = \frac{1}{π} (\frac{1}{2} \int {(\frac{1 - \cos (u_{2})}{2})}^{2} d u_{2})$

Этап 2.3.8

Упростим члены.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.8.1

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

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int {(\frac{1 - \cos (u_{2})}{2})}^{2} d u_{2}$

Этап 2.3.8.2

Перепишем $\frac{1 - \cos (u_{2})}{2}$ в виде произведения.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int {(\frac{1}{2} \cdot (1 - \cos (u_{2})))}^{2} d u_{2}$

Этап 2.3.8.3

Развернем ${(\frac{1}{2} \cdot (1 - \cos (u_{2})))}^{2}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.8.3.1

Перепишем степенное выражение в виде произведения.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{2} \cdot (1 - \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot (1 - \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.2

Применим свойство дистрибутивности.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int (\frac{1}{2} \cdot 1 + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) (\frac{1}{2} \cdot (1 - \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.3

Применим свойство дистрибутивности.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int (\frac{1}{2} \cdot 1 + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) (\frac{1}{2} \cdot 1 + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.4

Применим свойство дистрибутивности.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{2} \cdot 1 (\frac{1}{2} \cdot 1 + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot 1 + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.5

Применим свойство дистрибутивности.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{2} \cdot 1 (\frac{1}{2} \cdot 1) + \frac{1}{2} \cdot 1 (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot 1 + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.6

Применим свойство дистрибутивности.

Этап 2.3.8.3.7

Изменим порядок $\frac{1}{2}$ и $1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot \frac{1}{2} (\frac{1}{2} \cdot 1) + \frac{1}{2} \cdot 1 (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot 1) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.8

Изменим порядок $\frac{1}{2}$ и $1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot \frac{1}{2} (1 \cdot \frac{1}{2}) + \frac{1}{2} \cdot 1 (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot 1) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.9

Перенесем $\frac{1}{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \cdot 1 (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot 1) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.10

Изменим порядок $\frac{1}{2}$ и $1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot \frac{1}{2} (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot 1) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.11

Изменим порядок $\frac{1}{2}$ и $- 1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot \frac{1}{2} (- 1 \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2})) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot 1) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.12

Перенесем круглые скобки.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot \frac{1}{2} (- 1 \cdot \frac{1}{2}) \cos (u_{2}) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot 1) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.13

Перенесем $\frac{1}{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot 1) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.14

Изменим порядок $\frac{1}{2}$ и $- 1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) (\frac{1}{2} \cdot 1) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.15

Изменим порядок $\frac{1}{2}$ и $1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) (1 \cdot \frac{1}{2}) + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.16

Перенесем $\cos (u_{2})$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot \frac{1}{2} \cdot 1 \cos (u_{2}) \cdot \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.17

Перенесем $\frac{1}{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \cdot \frac{1}{2} + \frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2})) (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.18

Изменим порядок $\frac{1}{2}$ и $- 1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \cdot \frac{1}{2} - 1 \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) (\frac{1}{2} \cdot (- \cos (u_{2}))) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.19

Изменим порядок $\frac{1}{2}$ и $- 1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \cdot \frac{1}{2} - 1 \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) (- 1 \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2})) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.20

Перенесем круглые скобки.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \cdot \frac{1}{2} - 1 \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) (- 1 \cdot \frac{1}{2}) \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.21

Перенесем $\cos (u_{2})$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \cdot \frac{1}{2} - 1 \cdot \frac{1}{2} \cdot - 1 \cos (u_{2}) \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.22

Перенесем $\frac{1}{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \cdot \frac{1}{2} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.23

Умножим $1$ на $1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int 1 (\frac{1}{2}) \frac{1}{2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.24

Умножим $\frac{1}{2}$ на $1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.25

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

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{2 \cdot 2} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.26

Умножим $2$ на $2$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} + 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.27

Умножим $- 1$ на $1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.28

Объединим $- \frac{1}{2}$ и $\frac{1}{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{1}{2 \cdot 2} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.29

Умножим $2$ на $2$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{1}{4} \cos (u_{2}) - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.30

Объединим $\frac{1}{4}$ и $\cos (u_{2})$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - 1 \cdot 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.31

Умножим $- 1$ на $1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.32

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

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{2} \cdot \frac{1}{2} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.33

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

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{2 \cdot 2} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.34

Умножим $2$ на $2$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - 1 \cdot - 1 \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.35

Умножим $- 1$ на $- 1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} + 1 (\frac{1}{2}) \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.36

Умножим $\frac{1}{2}$ на $1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} + \frac{1}{2} \cos (u_{2}) \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.37

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

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} + \frac{\cos (u_{2})}{2} \cdot \frac{1}{2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.38

Умножим $\frac{\cos (u_{2})}{2}$ на $\frac{1}{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} + \frac{\cos (u_{2})}{2 \cdot 2} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.39

Умножим $2$ на $2$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} + \frac{\cos (u_{2})}{4} \cos (u_{2}) d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.40

Объединим $\frac{\cos (u_{2})}{4}$ и $\cos (u_{2})$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} + \frac{\cos (u_{2}) \cos (u_{2})}{4} d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.41

Возведем $\cos (u_{2})$ в степень $1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} + \frac{\cos^{1} (u_{2}) \cos (u_{2})}{4} d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.42

Возведем $\cos (u_{2})$ в степень $1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} + \frac{\cos^{1} (u_{2}) \cos^{1} (u_{2})}{4} d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.43

Применим правило степени $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ для объединения показателей.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} + \frac{{\cos (u_{2})}^{1 + 1}}{4} d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.44

Добавим $1$ и $1$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{4} + \frac{\cos^{2} (u_{2})}{4} d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.45

Вычтем $\frac{\cos (u_{2})}{4}$ из $- \frac{\cos (u_{2})}{4}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} - 2 \frac{\cos (u_{2})}{4} + \frac{\cos^{2} (u_{2})}{4} d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.46

Объединим $- 2$ и $\frac{\cos (u_{2})}{4}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} + \frac{- 2 \cos (u_{2})}{4} + \frac{\cos^{2} (u_{2})}{4} d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.47

Изменим порядок $\frac{- 2 \cos (u_{2})}{4}$ и $\frac{\cos^{2} (u_{2})}{4}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{1}{4} + \frac{\cos^{2} (u_{2})}{4} + \frac{- 2 \cos (u_{2})}{4} d u_{2}$

Этап 2.3.8.3.48

Изменим порядок $\frac{1}{4}$ и $\frac{\cos^{2} (u_{2})}{4}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{\cos^{2} (u_{2})}{4} + \frac{1}{4} + \frac{- 2 \cos (u_{2})}{4} d u_{2}$

Этап 2.3.8.4

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.8.4.1

Сократим общий множитель $- 2$ и $4$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.8.4.1.1

Вынесем множитель $2$ из $- 2 \cos (u_{2})$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{\cos^{2} (u_{2})}{4} + \frac{1}{4} + \frac{2 (- \cos (u_{2}))}{4} d u_{2}$

Этап 2.3.8.4.1.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.8.4.1.2.1

Вынесем множитель $2$ из $4$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{\cos^{2} (u_{2})}{4} + \frac{1}{4} + \frac{2 (- \cos (u_{2}))}{2 (2)} d u_{2}$

Этап 2.3.8.4.1.2.2

Сократим общий множитель.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{\cos^{2} (u_{2})}{4} + \frac{1}{4} + \frac{2 (- \cos (u_{2}))}{2 \cdot 2} d u_{2}$

Этап 2.3.8.4.1.2.3

Перепишем это выражение.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{\cos^{2} (u_{2})}{4} + \frac{1}{4} + \frac{- \cos (u_{2})}{2} d u_{2}$

Этап 2.3.8.4.2

Вынесем знак минуса перед дробью.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \int \frac{\cos^{2} (u_{2})}{4} + \frac{1}{4} - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2}$

Этап 2.3.9

Разделим данный интеграл на несколько интегралов.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\int \frac{\cos^{2} (u_{2})}{4} d u_{2} + \int \frac{1}{4} d u_{2} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.10

Поскольку $\frac{1}{4}$ — константа по отношению к $u_{2}$ , вынесем $\frac{1}{4}$ из-под знака интеграла.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{4} \int \cos^{2} (u_{2}) d u_{2} + \int \frac{1}{4} d u_{2} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.11

Используем формулу половинного угла для записи $\cos^{2} (u_{2})$ в виде $\frac{1 + \cos (2 u_{2})}{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{4} \int \frac{1 + \cos (2 u_{2})}{2} d u_{2} + \int \frac{1}{4} d u_{2} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.12

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

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{4} (\frac{1}{2} \int 1 + \cos (2 u_{2}) d u_{2}) + \int \frac{1}{4} d u_{2} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.13

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.13.1

Умножим $\frac{1}{2}$ на $\frac{1}{4}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{2 \cdot 4} \int 1 + \cos (2 u_{2}) d u_{2} + \int \frac{1}{4} d u_{2} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.13.2

Умножим $2$ на $4$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{8} \int 1 + \cos (2 u_{2}) d u_{2} + \int \frac{1}{4} d u_{2} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.14

Разделим данный интеграл на несколько интегралов.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{8} (\int d u_{2} + \int \cos (2 u_{2}) d u_{2}) + \int \frac{1}{4} d u_{2} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.15

Применим правило дифференцирования постоянных функций.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{8} (u_{2} + C_{2} + \int \cos (2 u_{2}) d u_{2}) + \int \frac{1}{4} d u_{2} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.16

Пусть $u_{3} = 2 u_{2}$ . Тогда $d u_{3} = 2 d u_{2}$ , следовательно $\frac{1}{2} d u_{3} = d u_{2}$ . Перепишем, используя $u_{3}$ и $d$ $u_{3}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.16.1

Пусть $u_{3} = 2 u_{2}$ . Найдем $\frac{d u_{3}}{d u_{2}}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.16.1.1

Дифференцируем $2 u_{2}$ .

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

Этап 2.3.16.1.2

Поскольку $2$ является константой относительно $u_{2}$ , производная $2 u_{2}$ по $u_{2}$ равна $2 \frac{d}{d u_{2}} [u_{2}]$ .

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

Этап 2.3.16.1.3

Продифференцируем, используя правило степени, которое гласит, что $\frac{d}{d u_{2}} [{u_{2}}^{n}]$ имеет вид $n {u_{2}}^{n - 1}$ , где $n = 1$ .

$2 \cdot 1$

Этап 2.3.16.1.4

Умножим $2$ на $1$ .

$2$

Этап 2.3.16.2

Переформулируем задачу с помощью $u_{3}$ и $d u_{3}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{8} (u_{2} + C_{2} + \int \cos (u_{3}) \frac{1}{2} d u_{3}) + \int \frac{1}{4} d u_{2} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.17

Объединим $\cos (u_{3})$ и $\frac{1}{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{8} (u_{2} + C_{2} + \int \frac{\cos (u_{3})}{2} d u_{3}) + \int \frac{1}{4} d u_{2} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.18

Поскольку $\frac{1}{2}$ — константа по отношению к $u_{3}$ , вынесем $\frac{1}{2}$ из-под знака интеграла.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{8} (u_{2} + C_{2} + \frac{1}{2} \int \cos (u_{3}) d u_{3}) + \int \frac{1}{4} d u_{2} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.19

Интеграл $\cos (u_{3})$ по $u_{3}$ имеет вид $\sin (u_{3})$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{8} (u_{2} + C_{2} + \frac{1}{2} (\sin (u_{3}) + C_{3})) + \int \frac{1}{4} d u_{2} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.20

Применим правило дифференцирования постоянных функций.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{8} (u_{2} + C_{2} + \frac{1}{2} (\sin (u_{3}) + C_{3})) + \frac{1}{4} u_{2} + C_{4} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.21

Объединим $\frac{1}{4}$ и $u_{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{8} (u_{2} + C_{2} + \frac{1}{2} (\sin (u_{3}) + C_{3})) + \frac{u_{2}}{4} + C_{4} + \int - \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.22

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

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{8} (u_{2} + C_{2} + \frac{1}{2} (\sin (u_{3}) + C_{3})) + \frac{u_{2}}{4} + C_{4} - \int \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

Этап 2.3.23

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

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{8} (u_{2} + C_{2} + \frac{1}{2} (\sin (u_{3}) + C_{3})) + \frac{u_{2}}{4} + C_{4} - (\frac{1}{2} \int \cos (u_{2}) d u_{2}))$

Этап 2.3.24

Интеграл $\cos (u_{2})$ по $u_{2}$ имеет вид $\sin (u_{2})$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{1}{8} (u_{2} + C_{2} + \frac{1}{2} (\sin (u_{3}) + C_{3})) + \frac{u_{2}}{4} + C_{4} - \frac{1}{2} (\sin (u_{2}) + C_{5}))$

Этап 2.3.25

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.25.1

Упростим.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{u_{2}}{8} + \frac{\sin (u_{3})}{16} + \frac{u_{2}}{4} - \frac{\sin (u_{2})}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.25.2

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.25.2.1

Чтобы записать $\frac{u_{2}}{4}$ в виде дроби с общим знаменателем, умножим ее на $\frac{2}{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{u_{2}}{8} + \frac{u_{2}}{4} \cdot \frac{2}{2} + \frac{\sin (u_{3})}{16} - \frac{\sin (u_{2})}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.25.2.2

Запишем каждое выражение с общим знаменателем $8$ , умножив на подходящий множитель $1$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.25.2.2.1

Умножим $\frac{u_{2}}{4}$ на $\frac{2}{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{u_{2}}{8} + \frac{u_{2} \cdot 2}{4 \cdot 2} + \frac{\sin (u_{3})}{16} - \frac{\sin (u_{2})}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.25.2.2.2

Умножим $4$ на $2$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{u_{2}}{8} + \frac{u_{2} \cdot 2}{8} + \frac{\sin (u_{3})}{16} - \frac{\sin (u_{2})}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.25.2.3

Объединим числители над общим знаменателем.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{u_{2} + u_{2} \cdot 2}{8} + \frac{\sin (u_{3})}{16} - \frac{\sin (u_{2})}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.25.2.4

Перенесем $2$ влево от $u_{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{u_{2} + 2 \cdot u_{2}}{8} + \frac{\sin (u_{3})}{16} - \frac{\sin (u_{2})}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.25.2.5

Добавим $u_{2}$ и $2 u_{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{3 u_{2}}{8} + \frac{\sin (u_{3})}{16} - \frac{\sin (u_{2})}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.26

Выполним обратную подстановку для каждой подставленной переменной интегрирования.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.26.1

Заменим все вхождения $u_{2}$ на $2 u_{1}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{3 (2 u_{1})}{8} + \frac{\sin (u_{3})}{16} - \frac{\sin (2 u_{1})}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.26.2

Заменим все вхождения $u_{3}$ на $2 u_{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{3 (2 u_{1})}{8} + \frac{\sin (2 u_{2})}{16} - \frac{\sin (2 u_{1})}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.26.3

Заменим все вхождения $u_{1}$ на $π θ$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{3 (2 (π θ))}{8} + \frac{\sin (2 u_{2})}{16} - \frac{\sin (2 (π θ))}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.26.4

Заменим все вхождения $u_{2}$ на $2 u_{1}$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{3 (2 (π θ))}{8} + \frac{\sin (2 (2 u_{1}))}{16} - \frac{\sin (2 (π θ))}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.26.5

Заменим все вхождения $u_{1}$ на $π θ$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{3 (2 (π θ))}{8} + \frac{\sin (2 (2 (π θ)))}{16} - \frac{\sin (2 (π θ))}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.27.1

Упростим каждый член.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.27.1.1

Сократим общий множитель $2$ и $8$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.27.1.1.1

Вынесем множитель $2$ из $3 (2 (π θ))$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{2 (3 (π θ))}{8} + \frac{\sin (2 (2 (π θ)))}{16} - \frac{\sin (2 (π θ))}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.1.1.2

Сократим общие множители.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.27.1.1.2.1

Вынесем множитель $2$ из $8$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{2 (3 (π θ))}{2 \cdot 4} + \frac{\sin (2 (2 (π θ)))}{16} - \frac{\sin (2 (π θ))}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.1.1.2.2

Сократим общий множитель.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{2 (3 (π θ))}{2 \cdot 4} + \frac{\sin (2 (2 (π θ)))}{16} - \frac{\sin (2 (π θ))}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.1.1.2.3

Перепишем это выражение.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{3 (π θ)}{4} + \frac{\sin (2 (2 (π θ)))}{16} - \frac{\sin (2 (π θ))}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.1.2

Умножим $2$ на $2$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} (\frac{3 π θ}{4} + \frac{\sin (4 π θ)}{16} - \frac{\sin (2 π θ)}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.2

Применим свойство дистрибутивности.

$r + C_{1} = \frac{1}{2 π} \cdot \frac{3 π θ}{4} + \frac{1}{2 π} \cdot \frac{\sin (4 π θ)}{16} + \frac{1}{2 π} (- \frac{\sin (2 π θ)}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.3

Упростим.

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.27.3.1

Сократим общий множитель $π$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.27.3.1.1

Вынесем множитель $π$ из $2 π$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{π \cdot 2} \cdot \frac{3 π θ}{4} + \frac{1}{2 π} \cdot \frac{\sin (4 π θ)}{16} + \frac{1}{2 π} (- \frac{\sin (2 π θ)}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.3.1.2

Вынесем множитель $π$ из $3 π θ$ .

$r + C_{1} = \frac{1}{π \cdot 2} \cdot \frac{π (3 θ)}{4} + \frac{1}{2 π} \cdot \frac{\sin (4 π θ)}{16} + \frac{1}{2 π} (- \frac{\sin (2 π θ)}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.3.1.3

Сократим общий множитель.

$r + C_{1} = \frac{1}{π \cdot 2} \cdot \frac{π (3 θ)}{4} + \frac{1}{2 π} \cdot \frac{\sin (4 π θ)}{16} + \frac{1}{2 π} (- \frac{\sin (2 π θ)}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.3.1.4

Перепишем это выражение.

$r + C_{1} = \frac{1}{2} \cdot \frac{3 θ}{4} + \frac{1}{2 π} \cdot \frac{\sin (4 π θ)}{16} + \frac{1}{2 π} (- \frac{\sin (2 π θ)}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.3.2

Умножим $\frac{1}{2}$ на $\frac{3 θ}{4}$ .

$r + C_{1} = \frac{3 θ}{2 \cdot 4} + \frac{1}{2 π} \cdot \frac{\sin (4 π θ)}{16} + \frac{1}{2 π} (- \frac{\sin (2 π θ)}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.3.3

Умножим $2$ на $4$ .

$r + C_{1} = \frac{3 θ}{8} + \frac{1}{2 π} \cdot \frac{\sin (4 π θ)}{16} + \frac{1}{2 π} (- \frac{\sin (2 π θ)}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.3.4

Умножим $\frac{1}{2 π} \cdot \frac{\sin (4 π θ)}{16}$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.27.3.4.1

Умножим $\frac{1}{2 π}$ на $\frac{\sin (4 π θ)}{16}$ .

$r + C_{1} = \frac{3 θ}{8} + \frac{\sin (4 π θ)}{2 π \cdot 16} + \frac{1}{2 π} (- \frac{\sin (2 π θ)}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.3.4.2

Умножим $16$ на $2$ .

$r + C_{1} = \frac{3 θ}{8} + \frac{\sin (4 π θ)}{32 π} + \frac{1}{2 π} (- \frac{\sin (2 π θ)}{2}) + C_{6}$

Этап 2.3.27.3.5

Умножим $\frac{1}{2 π} (- \frac{\sin (2 π θ)}{2})$ .

Нажмите для увеличения количества этапов...

Этап 2.3.27.3.5.1

Умножим $\frac{1}{2 π}$ на $\frac{\sin (2 π θ)}{2}$ .

$r + C_{1} = \frac{3 θ}{8} + \frac{\sin (4 π θ)}{32 π} - \frac{\sin (2 π θ)}{2 π \cdot 2} + C_{6}$

Этап 2.3.27.3.5.2

Умножим $2$ на $2$ .

$r + C_{1} = \frac{3 θ}{8} + \frac{\sin (4 π θ)}{32 π} - \frac{\sin (2 π θ)}{4 π} + C_{6}$

Этап 2.3.28

Изменим порядок членов.

$r + C_{1} = \frac{3}{8} θ + \frac{1}{32 π} \sin (4 π θ) - \frac{1}{4 π} \sin (2 π θ) + C_{6}$

Этап 2.4

Сгруппируем постоянную интегрирования в правой части как $K$ .

$r = \frac{3}{8} θ + \frac{1}{32 π} \sin (4 π θ) - \frac{1}{4 π} \sin (2 π θ) + K$