Trigonometrik yerine koyma - Vikipedi
İçeriğe atla
Ana menü
Gezinti
  • Anasayfa
  • Hakkımızda
  • İçindekiler
  • Rastgele madde
  • Seçkin içerik
  • Yakınımdakiler
Katılım
  • Deneme tahtası
  • Köy çeşmesi
  • Son değişiklikler
  • Dosya yükle
  • Topluluk portalı
  • Wikimedia dükkânı
  • Yardım
  • Özel sayfalar
Vikipedi Özgür Ansiklopedi
Ara
  • Bağış yapın
  • Hesap oluştur
  • Oturum aç
  • Bağış yapın
  • Hesap oluştur
  • Oturum aç

İçindekiler

  • Giriş
  • 1 Durum I: a2 − x2 içeren integraller
    • 1.1 Durum I için örnekler
      • 1.1.1 Örnek 1
      • 1.1.2 Örnek 2
  • 2 Durum II: a2 + x2 içeren integraller
    • 2.1 Durum II için örnekler
      • 2.1.1 Örnek 1
      • 2.1.2 Örnek 2
  • 3 Durum III: x2 − a2 içeren integraller
    • 3.1 Durum III için örnekler
  • 4 Trigonometrik fonksiyonları ortadan kaldıran ikameler
  • 5 Hiperbolik yerine koyma
  • 6 Ayrıca bakınız
  • 7 Kaynakça

Trigonometrik yerine koyma

  • العربية
  • Català
  • English
  • Español
  • فارسی
  • हिन्दी
  • 한국어
  • Lietuvių
  • Português
  • Русский
  • Tagalog
  • 中文
Bağlantıları değiştir
  • Madde
  • Tartışma
  • Oku
  • Değiştir
  • Kaynağı değiştir
  • Geçmişi gör
Araçlar
Eylemler
  • Oku
  • Değiştir
  • Kaynağı değiştir
  • Geçmişi gör
Genel
  • Sayfaya bağlantılar
  • İlgili değişiklikler
  • Kalıcı bağlantı
  • Sayfa bilgisi
  • Bu sayfayı kaynak göster
  • Kısaltılmış URL'yi al
  • Karekodu indir
Yazdır/dışa aktar
  • Bir kitap oluştur
  • PDF olarak indir
  • Basılmaya uygun görünüm
Diğer projelerde
  • Vikiveri ögesi
Görünüm
Vikipedi, özgür ansiklopedi
Kalkülüs
Kalkülüs
Temel
  • Kalkülüsün temel teoremi
  • Limit
  • Süreklilik
  • Rolle teoremi
  • Ortalama değer teoremi
  • Ters fonksiyon teoremi
Türev
  • Çarpma kuralı
  • Bölme kuralı
  • Zincir kuralı
  • Örtülü türev
  • Taylor teoremi
  • Bağımlı oranlar
  • Türev listesi
  • L'Hopital kuralı
  • Diferansiyel denklemler
İntegral
  • İntegral tablosu
  • Has olmayan integral
  • İntegralle hacim hesabı

İntegral Alma Yöntemleri:

  • Kısmi İntegrasyon
  • değişken değiştirme
Çok değişkenli
  • Kısmi türev
  • Çokkatlı integral
  • Çizgi integrali
  • Yüzey integrali
  • Hacim integrali
Vektör hesabı
  • Matris
  • Tensör
  • Jacobi
  • Hesse
  • Gradyan
  • g
  • t
  • d

Matematikte, bir trigonometrik yerine koyma veya trigonometrik ikame, trigonometrik fonksiyon yerine başka bir ifadeyi koyar. Kalkülüste trigonometrik ikameler integralleri hesaplamak için kullanılan bir tekniktir. Bu durumda, radikal fonksiyon içeren bir ifade trigonometrik bir ifade ile değiştirilir. Trigonometrik özdeşlikler cevabı basitleştirmeye yardımcı olabilir.[1][2] Diğer yerine koyma yoluyla integrasyon yöntemlerinde olduğu gibi, belirli bir integrali değerlendirirken, integrasyon sınırlarını uygulamadan önce, ters türevin sonucunu tam olarak çıkarmak daha basit olabilir.

Durum I: a2 − x2 içeren integraller

[değiştir | kaynağı değiştir]

x = a sin ⁡ θ , {\displaystyle x=a\sin \theta ,} {\displaystyle x=a\sin \theta ,} olsun ve 1 − sin 2 ⁡ θ = cos 2 ⁡ θ {\displaystyle 1-\sin ^{2}\theta =\cos ^{2}\theta } {\displaystyle 1-\sin ^{2}\theta =\cos ^{2}\theta } özdeşliğini kullanın.

Durum I için örnekler

[değiştir | kaynağı değiştir]
Durum I için geometrik yapı

Örnek 1

[değiştir | kaynağı değiştir]

∫ d x a 2 − x 2 , {\displaystyle \int {\frac {dx}{\sqrt {a^{2}-x^{2}}}},} {\displaystyle \int {\frac {dx}{\sqrt {a^{2}-x^{2}}}},}

integralinde,

x = a sin ⁡ θ , d x = a cos ⁡ θ d θ , θ = arcsin ⁡ x a . {\displaystyle x=a\sin \theta ,\quad dx=a\cos \theta \,d\theta ,\quad \theta =\arcsin {\frac {x}{a}}.} {\displaystyle x=a\sin \theta ,\quad dx=a\cos \theta \,d\theta ,\quad \theta =\arcsin {\frac {x}{a}}.}

ikamesini kullanabiliriz. Böylece,

∫ d x a 2 − x 2 = ∫ a cos ⁡ θ d θ a 2 − a 2 sin 2 ⁡ θ = ∫ a cos ⁡ θ d θ a 2 ( 1 − sin 2 ⁡ θ ) = ∫ a cos ⁡ θ d θ a 2 cos 2 ⁡ θ = ∫ d θ = θ + C = arcsin ⁡ x a + C . {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\frac {dx}{\sqrt {a^{2}-x^{2}}}}&=\int {\frac {a\cos \theta \,d\theta }{\sqrt {a^{2}-a^{2}\sin ^{2}\theta }}}\\[6pt]&=\int {\frac {a\cos \theta \,d\theta }{\sqrt {a^{2}(1-\sin ^{2}\theta )}}}\\[6pt]&=\int {\frac {a\cos \theta \,d\theta }{\sqrt {a^{2}\cos ^{2}\theta }}}\\[6pt]&=\int d\theta \\[6pt]&=\theta +C\\[6pt]&=\arcsin {\frac {x}{a}}+C.\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\frac {dx}{\sqrt {a^{2}-x^{2}}}}&=\int {\frac {a\cos \theta \,d\theta }{\sqrt {a^{2}-a^{2}\sin ^{2}\theta }}}\\[6pt]&=\int {\frac {a\cos \theta \,d\theta }{\sqrt {a^{2}(1-\sin ^{2}\theta )}}}\\[6pt]&=\int {\frac {a\cos \theta \,d\theta }{\sqrt {a^{2}\cos ^{2}\theta }}}\\[6pt]&=\int d\theta \\[6pt]&=\theta +C\\[6pt]&=\arcsin {\frac {x}{a}}+C.\end{aligned}}}

Yukarıdaki adım a > 0 {\displaystyle a>0} {\displaystyle a>0} ve cos ⁡ θ > 0 {\displaystyle \cos \theta >0} {\displaystyle \cos \theta >0} olmasını gerektirir. a {\displaystyle a} {\displaystyle a}'yı a 2 {\displaystyle a^{2}} {\displaystyle a^{2}}'nin ana kökü olarak seçebilir ve ters sinüs fonksiyonunu kullanarak − π / 2 < θ < π / 2 {\displaystyle -\pi /2<\theta <\pi /2} {\displaystyle -\pi /2<\theta <\pi /2} kısıtlamasını uygulayabiliriz.

Belirli bir integral için, integrasyon sınırlarının nasıl değiştiğini bulmak gerekir. Örneğin, x {\displaystyle x} {\displaystyle x} 0 {\displaystyle 0} {\displaystyle 0}'dan a / 2 {\displaystyle a/2} {\displaystyle a/2}'ye giderken sin ⁡ θ {\displaystyle \sin \theta } {\displaystyle \sin \theta } 0 {\displaystyle 0} {\displaystyle 0}'dan 1 / 2 {\displaystyle 1/2} {\displaystyle 1/2}'ye gider, böylece θ {\displaystyle \theta } {\displaystyle \theta } 0 {\displaystyle 0} {\displaystyle 0}'dan π / 6 {\displaystyle \pi /6} {\displaystyle \pi /6}'ya gider. Öyleyse,

∫ 0 a / 2 d x a 2 − x 2 = ∫ 0 π / 6 d θ = π 6 . {\displaystyle \int _{0}^{a/2}{\frac {dx}{\sqrt {a^{2}-x^{2}}}}=\int _{0}^{\pi /6}d\theta ={\frac {\pi }{6}}.} {\displaystyle \int _{0}^{a/2}{\frac {dx}{\sqrt {a^{2}-x^{2}}}}=\int _{0}^{\pi /6}d\theta ={\frac {\pi }{6}}.}

Sınırları seçerken biraz dikkatli olmak gerekir. Yukarıdaki integral − π / 2 < θ < π / 2 {\displaystyle -\pi /2<\theta <\pi /2} {\displaystyle -\pi /2<\theta <\pi /2} gerektirdiğinden, θ {\displaystyle \theta } {\displaystyle \theta } yalnızca 0 {\displaystyle 0} {\displaystyle 0} ile π / 6 {\displaystyle \pi /6} {\displaystyle \pi /6} arasında olabilir. Bu kısıtlama ihmal edildiğinde, θ {\displaystyle \theta } {\displaystyle \theta }'nın π {\displaystyle \pi } {\displaystyle \pi }'den 5 π / 6 {\displaystyle 5\pi /6} {\displaystyle 5\pi /6}'ya gitmesi seçilebilirdi, bu da gerçek değerin negatifiyle sonuçlanırdı.

Alternatif olarak, sınır koşullarını uygulamadan önce belirsiz integralleri tam olarak değerlendirin. Bu durumda, ters türev daha önce olduğu gibi şu sonucu verir:

∫ 0 a / 2 d x a 2 − x 2 = arcsin ⁡ ( x a ) | 0 a / 2 = arcsin ⁡ ( 1 2 ) − arcsin ⁡ ( 0 ) = π 6 {\displaystyle \int _{0}^{a/2}{\frac {dx}{\sqrt {a^{2}-x^{2}}}}=\arcsin \left({\frac {x}{a}}\right){\Biggl |}_{0}^{a/2}=\arcsin \left({\frac {1}{2}}\right)-\arcsin(0)={\frac {\pi }{6}}} {\displaystyle \int _{0}^{a/2}{\frac {dx}{\sqrt {a^{2}-x^{2}}}}=\arcsin \left({\frac {x}{a}}\right){\Biggl |}_{0}^{a/2}=\arcsin \left({\frac {1}{2}}\right)-\arcsin(0)={\frac {\pi }{6}}}

Örnek 2

[değiştir | kaynağı değiştir]

∫ a 2 − x 2 d x , {\displaystyle \int {\sqrt {a^{2}-x^{2}}}\,dx,} {\displaystyle \int {\sqrt {a^{2}-x^{2}}}\,dx,}

integrali, x = a sin ⁡ θ , d x = a cos ⁡ θ d θ , θ = arcsin ⁡ x a , x=a\sin \theta ,\,dx=a\cos \theta \,d\theta ,\,\theta =\arcsin {\dfrac {x}{a}}, x=a\sin \theta ,\,dx=a\cos \theta \,d\theta ,\,\theta =\arcsin {\dfrac {x}{a}}, burada a > 0 {\displaystyle a>0} {\displaystyle a>0} olarak alınarak hesaplanabilir, böylece a 2 = a {\sqrt {a^{2}}}=a {\sqrt {a^{2}}}=a ve − π / 2 ≤ θ ≤ π / 2 -\pi /2\leq \theta \leq \pi /2 -\pi /2\leq \theta \leq \pi /2 arksin değer kümesine göre cos ⁡ θ ≥ 0 {\displaystyle \cos \theta \geq 0} {\displaystyle \cos \theta \geq 0} ve cos 2 ⁡ θ = cos ⁡ θ {\textstyle {\sqrt {\cos ^{2}\theta }}=\cos \theta } {\textstyle {\sqrt {\cos ^{2}\theta }}=\cos \theta }'dır.

Böylece, ∫ a 2 − x 2 d x = ∫ a 2 − a 2 sin 2 ⁡ θ ( a cos ⁡ θ ) d θ = ∫ a 2 ( 1 − sin 2 ⁡ θ ) ( a cos ⁡ θ ) d θ = ∫ a 2 ( cos 2 ⁡ θ ) ( a cos ⁡ θ ) d θ = ∫ ( a cos ⁡ θ ) ( a cos ⁡ θ ) d θ = a 2 ∫ cos 2 ⁡ θ d θ = a 2 ∫ ( 1 + cos ⁡ 2 θ 2 ) d θ = a 2 2 ( θ + 1 2 sin ⁡ 2 θ ) + C = a 2 2 ( θ + sin ⁡ θ cos ⁡ θ ) + C = a 2 2 ( arcsin ⁡ x a + x a 1 − x 2 a 2 ) + C = a 2 2 arcsin ⁡ x a + x 2 a 2 − x 2 + C . {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\sqrt {a^{2}-x^{2}}}\,dx&=\int {\sqrt {a^{2}-a^{2}\sin ^{2}\theta }}\,(a\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int {\sqrt {a^{2}(1-\sin ^{2}\theta )}}\,(a\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int {\sqrt {a^{2}(\cos ^{2}\theta )}}\,(a\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int (a\cos \theta )(a\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=a^{2}\int \cos ^{2}\theta \,d\theta \\[6pt]&=a^{2}\int \left({\frac {1+\cos 2\theta }{2}}\right)\,d\theta \\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}\left(\theta +{\frac {1}{2}}\sin 2\theta \right)+C\\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}(\theta +\sin \theta \cos \theta )+C\\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}\left(\arcsin {\frac {x}{a}}+{\frac {x}{a}}{\sqrt {1-{\frac {x^{2}}{a^{2}}}}}\right)+C\\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}\arcsin {\frac {x}{a}}+{\frac {x}{2}}{\sqrt {a^{2}-x^{2}}}+C.\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\sqrt {a^{2}-x^{2}}}\,dx&=\int {\sqrt {a^{2}-a^{2}\sin ^{2}\theta }}\,(a\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int {\sqrt {a^{2}(1-\sin ^{2}\theta )}}\,(a\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int {\sqrt {a^{2}(\cos ^{2}\theta )}}\,(a\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int (a\cos \theta )(a\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=a^{2}\int \cos ^{2}\theta \,d\theta \\[6pt]&=a^{2}\int \left({\frac {1+\cos 2\theta }{2}}\right)\,d\theta \\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}\left(\theta +{\frac {1}{2}}\sin 2\theta \right)+C\\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}(\theta +\sin \theta \cos \theta )+C\\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}\left(\arcsin {\frac {x}{a}}+{\frac {x}{a}}{\sqrt {1-{\frac {x^{2}}{a^{2}}}}}\right)+C\\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}\arcsin {\frac {x}{a}}+{\frac {x}{2}}{\sqrt {a^{2}-x^{2}}}+C.\end{aligned}}}

Belirli bir integral için, yerine koyma işlemi gerçekleştirildikten sonra sınırlar değişir ve θ = arcsin ⁡ x a \theta =\arcsin {\dfrac {x}{a}} \theta =\arcsin {\dfrac {x}{a}} denklemi kullanılarak − π / 2 ≤ θ ≤ π / 2 -\pi /2\leq \theta \leq \pi /2 -\pi /2\leq \theta \leq \pi /2 aralığındaki değerlerle belirlenir. Alternatif olarak, sınır terimlerini doğrudan ters türev formülüne uygulayın.

Örneğin,

∫ − 1 1 4 − x 2 d x , {\displaystyle \int _{-1}^{1}{\sqrt {4-x^{2}}}\,dx,} {\displaystyle \int _{-1}^{1}{\sqrt {4-x^{2}}}\,dx,}

belirli integrali, x = 2 sin ⁡ θ , d x = 2 cos ⁡ θ d θ , {\displaystyle x=2\sin \theta ,\,dx=2\cos \theta \,d\theta ,} {\displaystyle x=2\sin \theta ,\,dx=2\cos \theta \,d\theta ,} yerine θ = arcsin ⁡ x 2 \theta =\arcsin {\dfrac {x}{2}} \theta =\arcsin {\dfrac {x}{2}} kullanılarak belirlenen sınırlarla hesaplanabilir.

arcsin ⁡ ( 1 / 2 ) = π / 6 {\displaystyle \arcsin(1/{2})=\pi /6} {\displaystyle \arcsin(1/{2})=\pi /6} ve arcsin ⁡ ( − 1 / 2 ) = − π / 6 {\displaystyle \arcsin(-1/2)=-\pi /6} {\displaystyle \arcsin(-1/2)=-\pi /6} olduğundan,

∫ − 1 1 4 − x 2 d x = ∫ − π / 6 π / 6 4 − 4 sin 2 ⁡ θ ( 2 cos ⁡ θ ) d θ = ∫ − π / 6 π / 6 4 ( 1 − sin 2 ⁡ θ ) ( 2 cos ⁡ θ ) d θ = ∫ − π / 6 π / 6 4 ( cos 2 ⁡ θ ) ( 2 cos ⁡ θ ) d θ = ∫ − π / 6 π / 6 ( 2 cos ⁡ θ ) ( 2 cos ⁡ θ ) d θ = 4 ∫ − π / 6 π / 6 cos 2 ⁡ θ d θ = 4 ∫ − π / 6 π / 6 ( 1 + cos ⁡ 2 θ 2 ) d θ = 2 [ θ + 1 2 sin ⁡ 2 θ ] − π / 6 π / 6 = [ 2 θ + sin ⁡ 2 θ ] | − π / 6 π / 6 = ( π 3 + sin ⁡ π 3 ) − ( − π 3 + sin ⁡ ( − π 3 ) ) = 2 π 3 + 3 . {\displaystyle {\begin{aligned}\int _{-1}^{1}{\sqrt {4-x^{2}}}\,dx&=\int _{-\pi /6}^{\pi /6}{\sqrt {4-4\sin ^{2}\theta }}\,(2\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int _{-\pi /6}^{\pi /6}{\sqrt {4(1-\sin ^{2}\theta )}}\,(2\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int _{-\pi /6}^{\pi /6}{\sqrt {4(\cos ^{2}\theta )}}\,(2\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int _{-\pi /6}^{\pi /6}(2\cos \theta )(2\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=4\int _{-\pi /6}^{\pi /6}\cos ^{2}\theta \,d\theta \\[6pt]&=4\int _{-\pi /6}^{\pi /6}\left({\frac {1+\cos 2\theta }{2}}\right)\,d\theta \\[6pt]&=2\left[\theta +{\frac {1}{2}}\sin 2\theta \right]_{-\pi /6}^{\pi /6}=[2\theta +\sin 2\theta ]{\Biggl |}_{-\pi /6}^{\pi /6}\\[6pt]&=\left({\frac {\pi }{3}}+\sin {\frac {\pi }{3}}\right)-\left(-{\frac {\pi }{3}}+\sin \left(-{\frac {\pi }{3}}\right)\right)={\frac {2\pi }{3}}+{\sqrt {3}}.\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int _{-1}^{1}{\sqrt {4-x^{2}}}\,dx&=\int _{-\pi /6}^{\pi /6}{\sqrt {4-4\sin ^{2}\theta }}\,(2\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int _{-\pi /6}^{\pi /6}{\sqrt {4(1-\sin ^{2}\theta )}}\,(2\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int _{-\pi /6}^{\pi /6}{\sqrt {4(\cos ^{2}\theta )}}\,(2\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int _{-\pi /6}^{\pi /6}(2\cos \theta )(2\cos \theta )\,d\theta \\[6pt]&=4\int _{-\pi /6}^{\pi /6}\cos ^{2}\theta \,d\theta \\[6pt]&=4\int _{-\pi /6}^{\pi /6}\left({\frac {1+\cos 2\theta }{2}}\right)\,d\theta \\[6pt]&=2\left[\theta +{\frac {1}{2}}\sin 2\theta \right]_{-\pi /6}^{\pi /6}=[2\theta +\sin 2\theta ]{\Biggl |}_{-\pi /6}^{\pi /6}\\[6pt]&=\left({\frac {\pi }{3}}+\sin {\frac {\pi }{3}}\right)-\left(-{\frac {\pi }{3}}+\sin \left(-{\frac {\pi }{3}}\right)\right)={\frac {2\pi }{3}}+{\sqrt {3}}.\end{aligned}}}

Öte yandan, sınır terimlerinin daha önce elde edilen ters türev formülüne doğrudan uygulanması, daha önce olduğu gibi aşağıdaki sonucu verir:

∫ − 1 1 4 − x 2 d x = [ 2 2 2 arcsin ⁡ x 2 + x 2 2 2 − x 2 ] − 1 1 = ( 2 arcsin ⁡ 1 2 + 1 2 4 − 1 ) − ( 2 arcsin ⁡ ( − 1 2 ) + − 1 2 4 − 1 ) = ( 2 ⋅ π 6 + 3 2 ) − ( 2 ⋅ ( − π 6 ) − 3 2 ) = 2 π 3 + 3 {\displaystyle {\begin{aligned}\int _{-1}^{1}{\sqrt {4-x^{2}}}\,dx&=\left[{\frac {2^{2}}{2}}\arcsin {\frac {x}{2}}+{\frac {x}{2}}{\sqrt {2^{2}-x^{2}}}\right]_{-1}^{1}\\[6pt]&=\left(2\arcsin {\frac {1}{2}}+{\frac {1}{2}}{\sqrt {4-1}}\right)-\left(2\arcsin \left(-{\frac {1}{2}}\right)+{\frac {-1}{2}}{\sqrt {4-1}}\right)\\[6pt]&=\left(2\cdot {\frac {\pi }{6}}+{\frac {\sqrt {3}}{2}}\right)-\left(2\cdot \left(-{\frac {\pi }{6}}\right)-{\frac {\sqrt {3}}{2}}\right)\\[6pt]&={\frac {2\pi }{3}}+{\sqrt {3}}\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int _{-1}^{1}{\sqrt {4-x^{2}}}\,dx&=\left[{\frac {2^{2}}{2}}\arcsin {\frac {x}{2}}+{\frac {x}{2}}{\sqrt {2^{2}-x^{2}}}\right]_{-1}^{1}\\[6pt]&=\left(2\arcsin {\frac {1}{2}}+{\frac {1}{2}}{\sqrt {4-1}}\right)-\left(2\arcsin \left(-{\frac {1}{2}}\right)+{\frac {-1}{2}}{\sqrt {4-1}}\right)\\[6pt]&=\left(2\cdot {\frac {\pi }{6}}+{\frac {\sqrt {3}}{2}}\right)-\left(2\cdot \left(-{\frac {\pi }{6}}\right)-{\frac {\sqrt {3}}{2}}\right)\\[6pt]&={\frac {2\pi }{3}}+{\sqrt {3}}\end{aligned}}}

Durum II: a2 + x2 içeren integraller

[değiştir | kaynağı değiştir]

x = a tan ⁡ θ , {\displaystyle x=a\tan \theta ,} {\displaystyle x=a\tan \theta ,} olsun ve 1 + tan 2 ⁡ θ = sec 2 ⁡ θ {\displaystyle 1+\tan ^{2}\theta =\sec ^{2}\theta } {\displaystyle 1+\tan ^{2}\theta =\sec ^{2}\theta } özdeşliğini kullanın.

Durum II için örnekler

[değiştir | kaynağı değiştir]
Durum II için geometrik yapı

Örnek 1

[değiştir | kaynağı değiştir]

∫ d x a 2 + x 2 {\displaystyle \int {\frac {dx}{a^{2}+x^{2}}}} {\displaystyle \int {\frac {dx}{a^{2}+x^{2}}}}

integralinde,

x = a tan ⁡ θ , d x = a sec 2 ⁡ θ d θ , θ = arctan ⁡ x a , {\displaystyle x=a\tan \theta ,\quad dx=a\sec ^{2}\theta \,d\theta ,\quad \theta =\arctan {\frac {x}{a}},} {\displaystyle x=a\tan \theta ,\quad dx=a\sec ^{2}\theta \,d\theta ,\quad \theta =\arctan {\frac {x}{a}},}

yazabiliriz, böylece integral şu hale gelir:

∫ d x a 2 + x 2 = ∫ a sec 2 ⁡ θ d θ a 2 + a 2 tan 2 ⁡ θ = ∫ a sec 2 ⁡ θ d θ a 2 ( 1 + tan 2 ⁡ θ ) = ∫ a sec 2 ⁡ θ d θ a 2 sec 2 ⁡ θ = ∫ d θ a = θ a + C = 1 a arctan ⁡ x a + C , {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\frac {dx}{a^{2}+x^{2}}}&=\int {\frac {a\sec ^{2}\theta \,d\theta }{a^{2}+a^{2}\tan ^{2}\theta }}\\[6pt]&=\int {\frac {a\sec ^{2}\theta \,d\theta }{a^{2}(1+\tan ^{2}\theta )}}\\[6pt]&=\int {\frac {a\sec ^{2}\theta \,d\theta }{a^{2}\sec ^{2}\theta }}\\[6pt]&=\int {\frac {d\theta }{a}}\\[6pt]&={\frac {\theta }{a}}+C\\[6pt]&={\frac {1}{a}}\arctan {\frac {x}{a}}+C,\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\frac {dx}{a^{2}+x^{2}}}&=\int {\frac {a\sec ^{2}\theta \,d\theta }{a^{2}+a^{2}\tan ^{2}\theta }}\\[6pt]&=\int {\frac {a\sec ^{2}\theta \,d\theta }{a^{2}(1+\tan ^{2}\theta )}}\\[6pt]&=\int {\frac {a\sec ^{2}\theta \,d\theta }{a^{2}\sec ^{2}\theta }}\\[6pt]&=\int {\frac {d\theta }{a}}\\[6pt]&={\frac {\theta }{a}}+C\\[6pt]&={\frac {1}{a}}\arctan {\frac {x}{a}}+C,\end{aligned}}}

a ≠ 0 {\displaystyle a\neq 0} {\displaystyle a\neq 0} olmak koşuluyla.

Belirli bir integral için sınırlar, ikame işlemi gerçekleştirildikten sonra değişir ve θ = arctan ⁡ x a , {\displaystyle \theta =\arctan {\frac {x}{a}},} {\displaystyle \theta =\arctan {\frac {x}{a}},} denklemi kullanılarak − π 2 < θ < π 2 {\displaystyle -{\frac {\pi }{2}}<\theta <{\frac {\pi }{2}}} {\displaystyle -{\frac {\pi }{2}}<\theta <{\frac {\pi }{2}}} aralığındaki değerlerle belirlenir. Alternatif olarak, sınır terimlerini doğrudan ters türev formülüne uygulayın.

Örneğin,

∫ 0 1 4 d x 1 + x 2 {\displaystyle \int _{0}^{1}{\frac {4\,dx}{1+x^{2}}}\,} {\displaystyle \int _{0}^{1}{\frac {4\,dx}{1+x^{2}}}\,}

belirli integrali, x = tan ⁡ θ , d x = sec 2 ⁡ θ d θ , {\displaystyle x=\tan \theta ,\,dx=\sec ^{2}\theta \,d\theta ,} {\displaystyle x=\tan \theta ,\,dx=\sec ^{2}\theta \,d\theta ,} yerine θ = arctan ⁡ x . {\displaystyle \theta =\arctan x.} {\displaystyle \theta =\arctan x.} kullanılarak belirlenen sınırlar ile hesaplanabilir.

arctan ⁡ 0 = 0 {\displaystyle \arctan 0=0} {\displaystyle \arctan 0=0} ve arctan ⁡ 1 = π / 4 {\displaystyle \arctan 1=\pi /4} {\displaystyle \arctan 1=\pi /4} olduğundan,

∫ 0 1 4 d x 1 + x 2 = 4 ∫ 0 1 d x 1 + x 2 = 4 ∫ 0 π / 4 sec 2 ⁡ θ d θ 1 + tan 2 ⁡ θ = 4 ∫ 0 π / 4 sec 2 ⁡ θ d θ sec 2 ⁡ θ = 4 ∫ 0 π / 4 d θ = ( 4 θ ) | 0 π / 4 = 4 ( π 4 − 0 ) = π . {\displaystyle {\begin{aligned}\int _{0}^{1}{\frac {4\,dx}{1+x^{2}}}&=4\int _{0}^{1}{\frac {dx}{1+x^{2}}}\\[6pt]&=4\int _{0}^{\pi /4}{\frac {\sec ^{2}\theta \,d\theta }{1+\tan ^{2}\theta }}\\[6pt]&=4\int _{0}^{\pi /4}{\frac {\sec ^{2}\theta \,d\theta }{\sec ^{2}\theta }}\\[6pt]&=4\int _{0}^{\pi /4}d\theta \\[6pt]&=(4\theta ){\Bigg |}_{0}^{\pi /4}=4\left({\frac {\pi }{4}}-0\right)=\pi .\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int _{0}^{1}{\frac {4\,dx}{1+x^{2}}}&=4\int _{0}^{1}{\frac {dx}{1+x^{2}}}\\[6pt]&=4\int _{0}^{\pi /4}{\frac {\sec ^{2}\theta \,d\theta }{1+\tan ^{2}\theta }}\\[6pt]&=4\int _{0}^{\pi /4}{\frac {\sec ^{2}\theta \,d\theta }{\sec ^{2}\theta }}\\[6pt]&=4\int _{0}^{\pi /4}d\theta \\[6pt]&=(4\theta ){\Bigg |}_{0}^{\pi /4}=4\left({\frac {\pi }{4}}-0\right)=\pi .\end{aligned}}}

Bu arada, sınır terimlerinin ters türev formülüne doğrudan uygulanması, daha önceki gibi aşağıdaki sonucu verir:

∫ 0 1 4 d x 1 + x 2 = 4 ∫ 0 1 d x 1 + x 2 = 4 [ 1 1 arctan ⁡ x 1 ] 0 1 = 4 ( arctan ⁡ x ) | 0 1 = 4 ( arctan ⁡ 1 − arctan ⁡ 0 ) = 4 ( π 4 − 0 ) = π , {\displaystyle {\begin{aligned}\int _{0}^{1}{\frac {4\,dx}{1+x^{2}}}\,&=4\int _{0}^{1}{\frac {dx}{1+x^{2}}}\\[6pt]&=4\left[{\frac {1}{1}}\arctan {\frac {x}{1}}\right]_{0}^{1}\\[6pt]&=4(\arctan x){\Bigg |}_{0}^{1}\\[6pt]&=4(\arctan 1-\arctan 0)\\[6pt]&=4\left({\frac {\pi }{4}}-0\right)=\pi ,\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int _{0}^{1}{\frac {4\,dx}{1+x^{2}}}\,&=4\int _{0}^{1}{\frac {dx}{1+x^{2}}}\\[6pt]&=4\left[{\frac {1}{1}}\arctan {\frac {x}{1}}\right]_{0}^{1}\\[6pt]&=4(\arctan x){\Bigg |}_{0}^{1}\\[6pt]&=4(\arctan 1-\arctan 0)\\[6pt]&=4\left({\frac {\pi }{4}}-0\right)=\pi ,\end{aligned}}}

Örnek 2

[değiştir | kaynağı değiştir]

∫ a 2 + x 2 d x {\displaystyle \int {\sqrt {a^{2}+x^{2}}}\,{dx}} {\displaystyle \int {\sqrt {a^{2}+x^{2}}}\,{dx}}

integrali,

x = a tan ⁡ θ , d x = a sec 2 ⁡ θ d θ , θ = arctan ⁡ x a {\displaystyle x=a\tan \theta ,\,dx=a\sec ^{2}\theta \,d\theta ,\,\theta =\arctan {\frac {x}{a}}} {\displaystyle x=a\tan \theta ,\,dx=a\sec ^{2}\theta \,d\theta ,\,\theta =\arctan {\frac {x}{a}}} alınarak hesaplanabilir. Burada a > 0 {\displaystyle a>0} {\displaystyle a>0} böylece a 2 = a {\displaystyle {\sqrt {a^{2}}}=a} {\displaystyle {\sqrt {a^{2}}}=a} ve − π 2 < θ < π 2 {\displaystyle -{\frac {\pi }{2}}<\theta <{\frac {\pi }{2}}} {\displaystyle -{\frac {\pi }{2}}<\theta <{\frac {\pi }{2}}} arctanjant değer kümesine göre sec ⁡ θ > 0 {\displaystyle \sec \theta >0} {\displaystyle \sec \theta >0} ve sec 2 ⁡ θ = sec ⁡ θ {\displaystyle {\sqrt {\sec ^{2}\theta }}=\sec \theta } {\displaystyle {\sqrt {\sec ^{2}\theta }}=\sec \theta }'dir.

Öyleyse, ∫ a 2 + x 2 d x = ∫ a 2 + a 2 tan 2 ⁡ θ ( a sec 2 ⁡ θ ) d θ = ∫ a 2 ( 1 + tan 2 ⁡ θ ) ( a sec 2 ⁡ θ ) d θ = ∫ a 2 sec 2 ⁡ θ ( a sec 2 ⁡ θ ) d θ = ∫ ( a sec ⁡ θ ) ( a sec 2 ⁡ θ ) d θ = a 2 ∫ sec 3 ⁡ θ d θ . {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\sqrt {a^{2}+x^{2}}}\,dx&=\int {\sqrt {a^{2}+a^{2}\tan ^{2}\theta }}\,(a\sec ^{2}\theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int {\sqrt {a^{2}(1+\tan ^{2}\theta )}}\,(a\sec ^{2}\theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int {\sqrt {a^{2}\sec ^{2}\theta }}\,(a\sec ^{2}\theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int (a\sec \theta )(a\sec ^{2}\theta )\,d\theta \\[6pt]&=a^{2}\int \sec ^{3}\theta \,d\theta .\\[6pt]\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\sqrt {a^{2}+x^{2}}}\,dx&=\int {\sqrt {a^{2}+a^{2}\tan ^{2}\theta }}\,(a\sec ^{2}\theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int {\sqrt {a^{2}(1+\tan ^{2}\theta )}}\,(a\sec ^{2}\theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int {\sqrt {a^{2}\sec ^{2}\theta }}\,(a\sec ^{2}\theta )\,d\theta \\[6pt]&=\int (a\sec \theta )(a\sec ^{2}\theta )\,d\theta \\[6pt]&=a^{2}\int \sec ^{3}\theta \,d\theta .\\[6pt]\end{aligned}}}

Sekant kübün integrali, kısmi integral kullanılarak hesaplanabilir. Sonuç olarak,

∫ a 2 + x 2 d x = a 2 2 ( sec ⁡ θ tan ⁡ θ + ln ⁡ | sec ⁡ θ + tan ⁡ θ | ) + C = a 2 2 ( 1 + x 2 a 2 ⋅ x a + ln ⁡ | 1 + x 2 a 2 + x a | ) + C = 1 2 ( x a 2 + x 2 + a 2 ln ⁡ | x + a 2 + x 2 a | ) + C . {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\sqrt {a^{2}+x^{2}}}\,dx&={\frac {a^{2}}{2}}(\sec \theta \tan \theta +\ln |\sec \theta +\tan \theta |)+C\\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}\left({\sqrt {1+{\frac {x^{2}}{a^{2}}}}}\cdot {\frac {x}{a}}+\ln \left|{\sqrt {1+{\frac {x^{2}}{a^{2}}}}}+{\frac {x}{a}}\right|\right)+C\\[6pt]&={\frac {1}{2}}\left(x{\sqrt {a^{2}+x^{2}}}+a^{2}\ln \left|{\frac {x+{\sqrt {a^{2}+x^{2}}}}{a}}\right|\right)+C.\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\sqrt {a^{2}+x^{2}}}\,dx&={\frac {a^{2}}{2}}(\sec \theta \tan \theta +\ln |\sec \theta +\tan \theta |)+C\\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}\left({\sqrt {1+{\frac {x^{2}}{a^{2}}}}}\cdot {\frac {x}{a}}+\ln \left|{\sqrt {1+{\frac {x^{2}}{a^{2}}}}}+{\frac {x}{a}}\right|\right)+C\\[6pt]&={\frac {1}{2}}\left(x{\sqrt {a^{2}+x^{2}}}+a^{2}\ln \left|{\frac {x+{\sqrt {a^{2}+x^{2}}}}{a}}\right|\right)+C.\end{aligned}}}

Durum III: x2 − a2 içeren integraller

[değiştir | kaynağı değiştir]

x = a sec ⁡ θ , {\displaystyle x=a\sec \theta ,} {\displaystyle x=a\sec \theta ,} olsun ve sec 2 ⁡ θ − 1 = tan 2 ⁡ θ . {\displaystyle \sec ^{2}\theta -1=\tan ^{2}\theta .} {\displaystyle \sec ^{2}\theta -1=\tan ^{2}\theta .} özdeşliğini kullanın.

Durum III için örnekler

[değiştir | kaynağı değiştir]
Durum III için geometrik yapı

∫ d x x 2 − a 2 {\displaystyle \int {\frac {dx}{x^{2}-a^{2}}}} {\displaystyle \int {\frac {dx}{x^{2}-a^{2}}}}

şeklindeki integraller, trigonometrik ikameler yerine kısmi kesirler ile de hesaplanabilir. Bununla birlikte,

∫ x 2 − a 2 d x {\displaystyle \int {\sqrt {x^{2}-a^{2}}}\,dx} {\displaystyle \int {\sqrt {x^{2}-a^{2}}}\,dx}

integrali hesaplanamaz. Bu durumda, uygun bir ikame şudur:

x = a sec ⁡ θ , d x = a sec ⁡ θ tan ⁡ θ d θ , θ = arcsec ⁡ x a , {\displaystyle x=a\sec \theta ,\,dx=a\sec \theta \tan \theta \,d\theta ,\,\theta =\operatorname {arcsec} {\frac {x}{a}},} {\displaystyle x=a\sec \theta ,\,dx=a\sec \theta \tan \theta \,d\theta ,\,\theta =\operatorname {arcsec} {\frac {x}{a}},}

burada a > 0 {\displaystyle a>0} {\displaystyle a>0} böylece a 2 = a {\displaystyle {\sqrt {a^{2}}}=a} {\displaystyle {\sqrt {a^{2}}}=a} ve x > 0 {\displaystyle x>0} {\displaystyle x>0} varsayımıyla 0 ≤ θ < π 2 {\displaystyle 0\leq \theta <{\frac {\pi }{2}}} {\displaystyle 0\leq \theta <{\frac {\pi }{2}}} olur, böylece tan ⁡ θ ≥ 0 {\displaystyle \tan \theta \geq 0} {\displaystyle \tan \theta \geq 0} ve tan 2 ⁡ θ = tan ⁡ θ {\displaystyle {\sqrt {\tan ^{2}\theta }}=\tan \theta } {\displaystyle {\sqrt {\tan ^{2}\theta }}=\tan \theta } olur.

Öyleyse, ∫ x 2 − a 2 d x = ∫ a 2 sec 2 ⁡ θ − a 2 ⋅ a sec ⁡ θ tan ⁡ θ d θ = ∫ a 2 ( sec 2 ⁡ θ − 1 ) ⋅ a sec ⁡ θ tan ⁡ θ d θ = ∫ a 2 tan 2 ⁡ θ ⋅ a sec ⁡ θ tan ⁡ θ d θ = ∫ a 2 sec ⁡ θ tan 2 ⁡ θ d θ = a 2 ∫ ( sec ⁡ θ ) ( sec 2 ⁡ θ − 1 ) d θ = a 2 ∫ ( sec 3 ⁡ θ − sec ⁡ θ ) d θ . {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\sqrt {x^{2}-a^{2}}}\,dx&=\int {\sqrt {a^{2}\sec ^{2}\theta -a^{2}}}\cdot a\sec \theta \tan \theta \,d\theta \\&=\int {\sqrt {a^{2}(\sec ^{2}\theta -1)}}\cdot a\sec \theta \tan \theta \,d\theta \\&=\int {\sqrt {a^{2}\tan ^{2}\theta }}\cdot a\sec \theta \tan \theta \,d\theta \\&=\int a^{2}\sec \theta \tan ^{2}\theta \,d\theta \\&=a^{2}\int (\sec \theta )(\sec ^{2}\theta -1)\,d\theta \\&=a^{2}\int (\sec ^{3}\theta -\sec \theta )\,d\theta .\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\sqrt {x^{2}-a^{2}}}\,dx&=\int {\sqrt {a^{2}\sec ^{2}\theta -a^{2}}}\cdot a\sec \theta \tan \theta \,d\theta \\&=\int {\sqrt {a^{2}(\sec ^{2}\theta -1)}}\cdot a\sec \theta \tan \theta \,d\theta \\&=\int {\sqrt {a^{2}\tan ^{2}\theta }}\cdot a\sec \theta \tan \theta \,d\theta \\&=\int a^{2}\sec \theta \tan ^{2}\theta \,d\theta \\&=a^{2}\int (\sec \theta )(\sec ^{2}\theta -1)\,d\theta \\&=a^{2}\int (\sec ^{3}\theta -\sec \theta )\,d\theta .\end{aligned}}}

Pay ve paydayı ( sec ⁡ θ + tan ⁡ θ ) {\displaystyle (\sec \theta +\tan \theta )} {\displaystyle (\sec \theta +\tan \theta )} ile çarparak sekant fonksiyonunun integrali ve parçalarla sekant kübün integrali hesaplanabilir.[3] Sonuç olarak,

∫ x 2 − a 2 d x = a 2 2 ( sec ⁡ θ tan ⁡ θ + ln ⁡ | sec ⁡ θ + tan ⁡ θ | ) − a 2 ln ⁡ | sec ⁡ θ + tan ⁡ θ | + C = a 2 2 ( sec ⁡ θ tan ⁡ θ − ln ⁡ | sec ⁡ θ + tan ⁡ θ | ) + C = a 2 2 ( x a ⋅ x 2 a 2 − 1 − ln ⁡ | x a + x 2 a 2 − 1 | ) + C = 1 2 ( x x 2 − a 2 − a 2 ln ⁡ | x + x 2 − a 2 a | ) + C . {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\sqrt {x^{2}-a^{2}}}\,dx&={\frac {a^{2}}{2}}(\sec \theta \tan \theta +\ln |\sec \theta +\tan \theta |)-a^{2}\ln |\sec \theta +\tan \theta |+C\\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}(\sec \theta \tan \theta -\ln |\sec \theta +\tan \theta |)+C\\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}\left({\frac {x}{a}}\cdot {\sqrt {{\frac {x^{2}}{a^{2}}}-1}}-\ln \left|{\frac {x}{a}}+{\sqrt {{\frac {x^{2}}{a^{2}}}-1}}\right|\right)+C\\[6pt]&={\frac {1}{2}}\left(x{\sqrt {x^{2}-a^{2}}}-a^{2}\ln \left|{\frac {x+{\sqrt {x^{2}-a^{2}}}}{a}}\right|\right)+C.\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\sqrt {x^{2}-a^{2}}}\,dx&={\frac {a^{2}}{2}}(\sec \theta \tan \theta +\ln |\sec \theta +\tan \theta |)-a^{2}\ln |\sec \theta +\tan \theta |+C\\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}(\sec \theta \tan \theta -\ln |\sec \theta +\tan \theta |)+C\\[6pt]&={\frac {a^{2}}{2}}\left({\frac {x}{a}}\cdot {\sqrt {{\frac {x^{2}}{a^{2}}}-1}}-\ln \left|{\frac {x}{a}}+{\sqrt {{\frac {x^{2}}{a^{2}}}-1}}\right|\right)+C\\[6pt]&={\frac {1}{2}}\left(x{\sqrt {x^{2}-a^{2}}}-a^{2}\ln \left|{\frac {x+{\sqrt {x^{2}-a^{2}}}}{a}}\right|\right)+C.\end{aligned}}}

π 2 < θ ≤ π {\displaystyle {\frac {\pi }{2}}<\theta \leq \pi } {\displaystyle {\frac {\pi }{2}}<\theta \leq \pi } olduğunda ki bu da x < 0 {\displaystyle x<0} {\displaystyle x<0} olduğunda olur, tan ⁡ θ ≤ 0 , {\displaystyle \tan \theta \leq 0,} {\displaystyle \tan \theta \leq 0,} bu durumda da tan 2 ⁡ θ = − tan ⁡ θ {\displaystyle {\sqrt {\tan ^{2}\theta }}=-\tan \theta } {\displaystyle {\sqrt {\tan ^{2}\theta }}=-\tan \theta } anlamına gelir.

Trigonometrik fonksiyonları ortadan kaldıran ikameler

[değiştir | kaynağı değiştir]

Trigonometrik fonksiyonları yok etmek için ikame kullanılabilir. Örneğin,

∫ f ( sin ⁡ ( x ) , cos ⁡ ( x ) ) d x = ∫ 1 ± 1 − u 2 f ( u , ± 1 − u 2 ) d u u = sin ⁡ ( x ) ∫ f ( sin ⁡ ( x ) , cos ⁡ ( x ) ) d x = ∫ 1 ∓ 1 − u 2 f ( ± 1 − u 2 , u ) d u u = cos ⁡ ( x ) ∫ f ( sin ⁡ ( x ) , cos ⁡ ( x ) ) d x = ∫ 2 1 + u 2 f ( 2 u 1 + u 2 , 1 − u 2 1 + u 2 ) d u u = tan ⁡ ( x 2 ) {\displaystyle {\begin{aligned}\int f(\sin(x),\cos(x))\,dx&=\int {\frac {1}{\pm {\sqrt {1-u^{2}}}}}f\left(u,\pm {\sqrt {1-u^{2}}}\right)\,du&&u=\sin(x)\\[6pt]\int f(\sin(x),\cos(x))\,dx&=\int {\frac {1}{\mp {\sqrt {1-u^{2}}}}}f\left(\pm {\sqrt {1-u^{2}}},u\right)\,du&&u=\cos(x)\\[6pt]\int f(\sin(x),\cos(x))\,dx&=\int {\frac {2}{1+u^{2}}}f\left({\frac {2u}{1+u^{2}}},{\frac {1-u^{2}}{1+u^{2}}}\right)\,du&&u=\tan \left({\frac {x}{2}}\right)\\[6pt]\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int f(\sin(x),\cos(x))\,dx&=\int {\frac {1}{\pm {\sqrt {1-u^{2}}}}}f\left(u,\pm {\sqrt {1-u^{2}}}\right)\,du&&u=\sin(x)\\[6pt]\int f(\sin(x),\cos(x))\,dx&=\int {\frac {1}{\mp {\sqrt {1-u^{2}}}}}f\left(\pm {\sqrt {1-u^{2}}},u\right)\,du&&u=\cos(x)\\[6pt]\int f(\sin(x),\cos(x))\,dx&=\int {\frac {2}{1+u^{2}}}f\left({\frac {2u}{1+u^{2}}},{\frac {1-u^{2}}{1+u^{2}}}\right)\,du&&u=\tan \left({\frac {x}{2}}\right)\\[6pt]\end{aligned}}}

Son ikame, Weierstrass yerine koyması olarak bilinir ve tanjant yarım açı formülleri kullanır. Örneğin,

∫ 4 cos ⁡ x ( 1 + cos ⁡ x ) 3 d x = ∫ 2 1 + u 2 4 ( 1 − u 2 1 + u 2 ) ( 1 + 1 − u 2 1 + u 2 ) 3 d u = ∫ ( 1 − u 2 ) ( 1 + u 2 ) d u = ∫ ( 1 − u 4 ) d u = u − u 5 5 + C = tan ⁡ x 2 − 1 5 tan 5 ⁡ x 2 + C . {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\frac {4\cos x}{(1+\cos x)^{3}}}\,dx&=\int {\frac {2}{1+u^{2}}}{\frac {4\left({\frac {1-u^{2}}{1+u^{2}}}\right)}{\left(1+{\frac {1-u^{2}}{1+u^{2}}}\right)^{3}}}\,du=\int (1-u^{2})(1+u^{2})\,du\\&=\int (1-u^{4})\,du=u-{\frac {u^{5}}{5}}+C=\tan {\frac {x}{2}}-{\frac {1}{5}}\tan ^{5}{\frac {x}{2}}+C.\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\frac {4\cos x}{(1+\cos x)^{3}}}\,dx&=\int {\frac {2}{1+u^{2}}}{\frac {4\left({\frac {1-u^{2}}{1+u^{2}}}\right)}{\left(1+{\frac {1-u^{2}}{1+u^{2}}}\right)^{3}}}\,du=\int (1-u^{2})(1+u^{2})\,du\\&=\int (1-u^{4})\,du=u-{\frac {u^{5}}{5}}+C=\tan {\frac {x}{2}}-{\frac {1}{5}}\tan ^{5}{\frac {x}{2}}+C.\end{aligned}}}

Hiperbolik yerine koyma

[değiştir | kaynağı değiştir]

İntegralleri basitleştirmek için hiperbolik fonksiyonların ikameleri de kullanılabilir.[4]

Örneğin, 1 / a 2 + x 2 {\displaystyle 1/{\sqrt {a^{2}+x^{2}}}} {\displaystyle 1/{\sqrt {a^{2}+x^{2}}}} integralini almak için, x = a sinh ⁡ u {\displaystyle x=a\sinh {u}} {\displaystyle x=a\sinh {u}} (ve dolayısıyla d x = a cosh ⁡ u d u {\displaystyle dx=a\cosh u\,du} {\displaystyle dx=a\cosh u\,du}) ikamesini, ardından cosh 2 ⁡ ( x ) − sinh 2 ⁡ ( x ) = 1 {\displaystyle \cosh ^{2}(x)-\sinh ^{2}(x)=1} {\displaystyle \cosh ^{2}(x)-\sinh ^{2}(x)=1}]] özdeşliğini kullanın:

∫ d x a 2 + x 2 = ∫ a cosh ⁡ u d u a 2 + a 2 sinh 2 ⁡ u = ∫ cosh ⁡ u d u 1 + sinh 2 ⁡ u = ∫ cosh ⁡ u cosh ⁡ u d u = u + C = sinh − 1 ⁡ x a + C . {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\frac {dx}{\sqrt {a^{2}+x^{2}}}}&=\int {\frac {a\cosh u\,du}{\sqrt {a^{2}+a^{2}\sinh ^{2}u}}}\\[6pt]&=\int {\frac {\cosh {u}\,du}{\sqrt {1+\sinh ^{2}{u}}}}\\[6pt]&=\int {\frac {\cosh {u}}{\cosh u}}\,du\\[6pt]&=u+C\\[6pt]&=\sinh ^{-1}{\frac {x}{a}}+C.\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\int {\frac {dx}{\sqrt {a^{2}+x^{2}}}}&=\int {\frac {a\cosh u\,du}{\sqrt {a^{2}+a^{2}\sinh ^{2}u}}}\\[6pt]&=\int {\frac {\cosh {u}\,du}{\sqrt {1+\sinh ^{2}{u}}}}\\[6pt]&=\int {\frac {\cosh {u}}{\cosh u}}\,du\\[6pt]&=u+C\\[6pt]&=\sinh ^{-1}{\frac {x}{a}}+C.\end{aligned}}}

İstenirse, bu sonuç başka özdeşlikler kullanılarak da dönüştürülebilir, örneğin sinh − 1 ⁡ z = arsinh ⁡ z = ln ⁡ ( z + z 2 + 1 ) {\displaystyle \sinh ^{-1}{z}=\operatorname {arsinh} {z}=\ln(z+{\sqrt {z^{2}+1}})} {\displaystyle \sinh ^{-1}{z}=\operatorname {arsinh} {z}=\ln(z+{\sqrt {z^{2}+1}})} bağıntısını:

sinh − 1 ⁡ x a + C = ln ⁡ ( x a + x 2 a 2 + 1 ) + C = ln ⁡ ( x + x 2 + a 2 a ) + C . {\displaystyle {\begin{aligned}\sinh ^{-1}{\frac {x}{a}}+C&=\ln \left({\frac {x}{a}}+{\sqrt {{\frac {x^{2}}{a^{2}}}+1}}\,\right)+C\\[6pt]&=\ln \left({\frac {x+{\sqrt {x^{2}+a^{2}}}}{a}}\,\right)+C.\end{aligned}}} {\displaystyle {\begin{aligned}\sinh ^{-1}{\frac {x}{a}}+C&=\ln \left({\frac {x}{a}}+{\sqrt {{\frac {x^{2}}{a^{2}}}+1}}\,\right)+C\\[6pt]&=\ln \left({\frac {x+{\sqrt {x^{2}+a^{2}}}}{a}}\,\right)+C.\end{aligned}}}

Ayrıca bakınız

[değiştir | kaynağı değiştir]
Vikiversite'de
Trigonometrik yerine koyma ile ilgili kaynaklar bulunur.
Vikikitap
Vikikitap
Vikikitapta bu konu hakkında daha fazla bilgi var:
Calculus/Integration techniques/Trigonometric Substitution
  • Yerine koyma yoluyla integrasyon
  • Weierstrass yerine koyması (Weierstrass ikamesi veya Tanjant yarım açı ikamesi)
  • Euler yerine koyması (Euler ikamesi)

Kaynakça

[değiştir | kaynağı değiştir]
  1. ^ Stewart, James (2008). Calculus: Early TranscendentalsÜcretsiz kayıt gerekli. 6. Brooks/Cole. ISBN 978-0-495-01166-8. 
  2. ^ Thomas, George B.; Weir, Maurice D.; Hass, Joel (2010). Thomas' Calculus: Early Transcendentals. 12. Addison-Wesley. ISBN 978-0-321-58876-0. 
  3. ^ Stewart, James (2012). "Section 7.2: Trigonometric Integrals". Calculus - Early Transcendentals. United States: Cengage Learning. ss. 475-6. ISBN 978-0-538-49790-9. 
  4. ^ Boyadzhiev, Khristo N. "Hyperbolic Substitutions for Integrals" (PDF). 26 Şubat 2020 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Mart 2013. 
  • g
  • t
  • d
İntegraller
İntegral türleri
  • Riemann integrali
  • Lebesgue integrali
  • Burkill integrali
  • Bochner integrali
  • Daniell integrali
  • Darboux integrali
  • Henstock-Kurzweil integrali
  • Haar integrali
  • Hellinger integrali
  • Khinchin integrali
  • Kolmogorov integrali
  • Lebesgue-Stieltjes integrali
  • Pettis integral
  • Pfeffer integrali
  • Riemann-Stieltjes integrali
  • Düzenlenmiş integral
İntegrasyon teknikleri
  • Yerine koyma
    • Trigonometrik
    • Euler
    • Weierstrass
  • Parçalara göre
  • Kısmi kesirler
  • Euler formülü
  • Ters fonksiyonlar
  • Değişen derece
  • İndirgeme formülleri
  • Parametrik türevler
  • İntegral işareti altında farklılaşma
  • Laplace dönüşümü
  • Kontur integrasyonu
  • Laplace yöntemi
  • Sayısal integrasyon
    • Simpson kuralı
    • Trapezoidal kural
  • Risch algoritması
Genelleştirilmiş integraller
  • Gauss integrali
  • Dirichlet integrali
  • Fermi-Dirac integrali
    • tam
    • eksik
  • Bose-Einstein integrali
  • Frullani integrali
  • Kuantum alan teorisinde ortak integraller
Stokastik integraller
  • Itô integrali
  • Russo–Vallois integrali
  • Stratonovich integrali
  • Skorokhod integrali
Diğer
  • Basel problemi
  • Euler–Maclaurin formülü
  • Cebrail'in borusu
  • Integration Bee
  • 22/7'nin π değerini aştığının kanıtı
  • Hacimler
    • Çamaşır makineleri
    • Kabuklar
  • g
  • t
  • d
Trigonometri
Ana hatları  • Tarihi  • Kullanım alanları  • Genelleştirilmiş
Açı ölçü birimleri
  • Devir
  • Derece
  • Radyan
  • Grad
Trigonometrik fonksiyonlar &
Ters trigonometrik fonksiyonlar
  • Sinüs (sin)
  • Kosinüs (cos)
  • Tanjant (tan)
  • Kotanjant (cot)
  • Sekant (sec)
  • Kosekant (csc)
  • Versinüs (versin)
  • Verkosinüs (vercosin)
  • Koversinüs (coversin)
  • Koverkosinüs (covercosin)
  • Haversinüs (haversin)
  • Haverkosinüs (havercosin)
  • Hakoversinüs (hacoversin)
  • Hakoverkosinüs (hacovercosin)
  • Ekssekant (exsec)
  • Ekskosekant (excsc)
Referans
  • Özdeşlikler
  • Tam sabitler
  • Tablolar
  • Birim çember
Yasalar ve teoremler
  • Kosinüs teoremi
  • Sinüs teoremi
  • Tanjant teoremi
  • Kotanjant teoremi
  • Pisagor teoremi
Kalkülüs
  • Trigonometrik yerine koyma
  • İntegraller (Ters fonksiyonlar)
  • Türevler
  • Trigonometrik seri
İlgili konular
  • Üçgen
  • Çember
  • Geometri
  • Açı
Kullanıldığı dallar
  • Matematik
  • Geometri
  • Fizik
  • Mühendislik
  • Astronomi
Katkı sağlayan matematikçiler
  • Hipparchus
  • Ptolemy
  • Brahmagupta
  • Battânî
  • Regiomontanus
  • Viète
  • de Moivre
  • Euler
  • Fourier
"https://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Trigonometrik_yerine_koyma&oldid=34176094" sayfasından alınmıştır
Kategoriler:
  • İntegral hesabı
  • Trigonometri
  • Sayfa en son 13.01, 6 Kasım 2024 tarihinde değiştirildi.
  • Metin Creative Commons Atıf-AynıLisanslaPaylaş Lisansı altındadır ve ek koşullar uygulanabilir. Bu siteyi kullanarak Kullanım Şartlarını ve Gizlilik Politikasını kabul etmiş olursunuz.
    Vikipedi® (ve Wikipedia®) kâr amacı gütmeyen kuruluş olan Wikimedia Foundation, Inc. tescilli markasıdır.
  • Gizlilik politikası
  • Vikipedi hakkında
  • Sorumluluk reddi
  • Davranış Kuralları
  • Geliştiriciler
  • İstatistikler
  • Çerez politikası
  • Mobil görünüm
  • Wikimedia Foundation
  • Powered by MediaWiki
Trigonometrik yerine koyma
Konu ekle