微积分学示例

$\int 3 \cos^{2} (5 x) d x$

解题步骤 1

由于 $3$ 对于 $x$ 是常数，所以将 $3$ 移到积分外。

$3 \int \cos^{2} (5 x) d x$

解题步骤 2

使 $u_{1} = 5 x$ 。然后使 $d u_{1} = 5 d x$ ，以便 $\frac{1}{5} d u_{1} = d x$ 。使用 $u_{1}$ 和 $d$ $u_{1}$ 进行重写。

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解题步骤 2.1

设 $u_{1} = 5 x$ 。求 $\frac{d u_{1}}{d x}$ 。

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解题步骤 2.1.1

对 $5 x$ 求导。

$\frac{d}{d x} [5 x]$

解题步骤 2.1.2

因为 $5$ 对于 $x$ 是常数，所以 $5 x$ 对 $x$ 的导数是 $5 \frac{d}{d x} [x]$ 。

$5 \frac{d}{d x} [x]$

解题步骤 2.1.3

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ 等于 $n x^{n - 1}$ ，其中 $n = 1$ 。

$5 \cdot 1$

解题步骤 2.1.4

将 $5$ 乘以 $1$ 。

$5$

解题步骤 2.2

使用 $u_{1}$ 和 $d u_{1}$ 重写该问题。

$3 \int \cos^{2} (u_{1}) \frac{1}{5} d u_{1}$

解题步骤 3

组合 $\cos^{2} (u_{1})$ 和 $\frac{1}{5}$ 。

$3 \int \frac{\cos^{2} (u_{1})}{5} d u_{1}$

解题步骤 4

由于 $\frac{1}{5}$ 对于 $u_{1}$ 是常数，所以将 $\frac{1}{5}$ 移到积分外。

$3 (\frac{1}{5} \int \cos^{2} (u_{1}) d u_{1})$

解题步骤 5

组合 $\frac{1}{5}$ 和 $3$ 。

$\frac{3}{5} \int \cos^{2} (u_{1}) d u_{1}$

解题步骤 6

使用半角公式将 $\frac{1 + \cos (2 u_{1})}{2}$ 重新书写为 $\cos^{2} (u_{1})$ 的形式。

$\frac{3}{5} \int \frac{1 + \cos (2 u_{1})}{2} d u_{1}$

解题步骤 7

由于 $\frac{1}{2}$ 对于 $u_{1}$ 是常数，所以将 $\frac{1}{2}$ 移到积分外。

$\frac{3}{5} (\frac{1}{2} \int 1 + \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

解题步骤 8

化简。

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解题步骤 8.1

将 $\frac{1}{2}$ 乘以 $\frac{3}{5}$ 。

$\frac{3}{2 \cdot 5} \int 1 + \cos (2 u_{1}) d u_{1}$

解题步骤 8.2

将 $2$ 乘以 $5$ 。

$\frac{3}{10} \int 1 + \cos (2 u_{1}) d u_{1}$

解题步骤 9

将单个积分拆分为多个积分。

$\frac{3}{10} (\int d u_{1} + \int \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

解题步骤 10

应用常数不变法则。

$\frac{3}{10} (u_{1} + C + \int \cos (2 u_{1}) d u_{1})$

解题步骤 11

使 $u_{2} = 2 u_{1}$ 。然后使 $d u_{2} = 2 d u_{1}$ ，以便 $\frac{1}{2} d u_{2} = d u_{1}$ 。使用 $u_{2}$ 和 $d$ $u_{2}$ 进行重写。

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解题步骤 11.1

设 $u_{2} = 2 u_{1}$ 。求 $\frac{d u_{2}}{d u_{1}}$ 。

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解题步骤 11.1.1

对 $2 u_{1}$ 求导。

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

解题步骤 11.1.2

因为 $2$ 对于 $u_{1}$ 是常数，所以 $2 u_{1}$ 对 $u_{1}$ 的导数是 $2 \frac{d}{d u_{1}} [u_{1}]$ 。

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

解题步骤 11.1.3

使用幂法则求微分，根据该法则， $\frac{d}{d u_{1}} [{u_{1}}^{n}]$ 等于 $n {u_{1}}^{n - 1}$ ，其中 $n = 1$ 。

$2 \cdot 1$

解题步骤 11.1.4

将 $2$ 乘以 $1$ 。

$2$

解题步骤 11.2

使用 $u_{2}$ 和 $d u_{2}$ 重写该问题。

$\frac{3}{10} (u_{1} + C + \int \cos (u_{2}) \frac{1}{2} d u_{2})$

解题步骤 12

组合 $\cos (u_{2})$ 和 $\frac{1}{2}$ 。

$\frac{3}{10} (u_{1} + C + \int \frac{\cos (u_{2})}{2} d u_{2})$

解题步骤 13

由于 $\frac{1}{2}$ 对于 $u_{2}$ 是常数，所以将 $\frac{1}{2}$ 移到积分外。

$\frac{3}{10} (u_{1} + C + \frac{1}{2} \int \cos (u_{2}) d u_{2})$

解题步骤 14

$\cos (u_{2})$ 对 $u_{2}$ 的积分为 $\sin (u_{2})$ 。

$\frac{3}{10} (u_{1} + C + \frac{1}{2} (\sin (u_{2}) + C))$

解题步骤 15

化简。

$\frac{3}{10} (u_{1} + \frac{1}{2} \sin (u_{2})) + C$

解题步骤 16

代回替换每一个积分法替换变量。

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解题步骤 16.1

使用 $5 x$ 替换所有出现的 $u_{1}$ 。

$\frac{3}{10} (5 x + \frac{1}{2} \sin (u_{2})) + C$

解题步骤 16.2

使用 $2 u_{1}$ 替换所有出现的 $u_{2}$ 。

$\frac{3}{10} (5 x + \frac{1}{2} \sin (2 u_{1})) + C$

解题步骤 16.3

使用 $5 x$ 替换所有出现的 $u_{1}$ 。

$\frac{3}{10} (5 x + \frac{1}{2} \sin (2 (5 x))) + C$

解题步骤 17

化简。

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解题步骤 17.1

化简每一项。

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解题步骤 17.1.1

将 $5$ 乘以 $2$ 。

$\frac{3}{10} (5 x + \frac{1}{2} \sin (10 x)) + C$

解题步骤 17.1.2

组合 $\frac{1}{2}$ 和 $\sin (10 x)$ 。

$\frac{3}{10} (5 x + \frac{\sin (10 x)}{2}) + C$

解题步骤 17.2

运用分配律。

$\frac{3}{10} (5 x) + \frac{3}{10} \cdot \frac{\sin (10 x)}{2} + C$

解题步骤 17.3

约去 $5$ 的公因数。

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解题步骤 17.3.1

从 $10$ 中分解出因数 $5$ 。

$\frac{3}{5 (2)} (5 x) + \frac{3}{10} \cdot \frac{\sin (10 x)}{2} + C$

解题步骤 17.3.2

从 $5 x$ 中分解出因数 $5$ 。

$\frac{3}{5 (2)} (5 (x)) + \frac{3}{10} \cdot \frac{\sin (10 x)}{2} + C$

解题步骤 17.3.3

约去公因数。

$\frac{3}{5 \cdot 2} (5 x) + \frac{3}{10} \cdot \frac{\sin (10 x)}{2} + C$

解题步骤 17.3.4

重写表达式。

$\frac{3}{2} x + \frac{3}{10} \cdot \frac{\sin (10 x)}{2} + C$

解题步骤 17.4

组合 $\frac{3}{2}$ 和 $x$ 。

$\frac{3 x}{2} + \frac{3}{10} \cdot \frac{\sin (10 x)}{2} + C$

解题步骤 17.5

乘以 $\frac{3}{10} \cdot \frac{\sin (10 x)}{2}$ 。

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解题步骤 17.5.1

将 $\frac{3}{10}$ 乘以 $\frac{\sin (10 x)}{2}$ 。

$\frac{3 x}{2} + \frac{3 \sin (10 x)}{10 \cdot 2} + C$

解题步骤 17.5.2

将 $10$ 乘以 $2$ 。

$\frac{3 x}{2} + \frac{3 \sin (10 x)}{20} + C$

解题步骤 18

重新排序项。

$\frac{3}{2} x + \frac{3}{20} \sin (10 x) + C$

微积分学 示例

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