Math Problem Statement

求dx/(sinx(sinx+cosx))积分

Solution

我们求不定积分:

I=dxsinx(sinx+cosx)I = \int \frac{dx}{\sin x (\sin x + \cos x)}

第一步:分子分母同乘 (sinxcosx)(\sin x - \cos x)

我们利用恒等式:

(sinx+cosx)(sinxcosx)=sin2xcos2x=cos2x(\sin x + \cos x)(\sin x - \cos x) = \sin^2 x - \cos^2 x = -\cos 2x

所以我们将分母扩展为:

sinx(sinx+cosx)=sinx(sinxcosx)cos2x\sin x (\sin x + \cos x) = \frac{-\sin x (\sin x - \cos x)}{\cos 2x}

因此,将积分转换为:

I=(sinxcosx)dxcos2x(sinxcosx)I = -\int \frac{(\sin x - \cos x) dx}{\cos 2x (\sin x - \cos x)}

第二步:变量代换

设:

t=cos2xt = \cos 2x

则有:

dt=2sin2xdx=4sinxcosxdxdt = -2\sin 2x dx = -4\sin x \cos x dx

又因为:

sinxcosx=2sin(xπ4)\sin x - \cos x = \sqrt{2} \sin \left( x - \frac{\pi}{4} \right)

所以分子和分母约去 sinxcosx\sin x - \cos x,得到:

I=12dttI = -\frac{1}{2} \int \frac{dt}{t}

第三步:计算积分

I=12lnt+CI = -\frac{1}{2} \ln |t| + C

代回 t=cos2xt = \cos 2x

I=12lncos2x+CI = -\frac{1}{2} \ln |\cos 2x| + C

最终结果

dxsinx(sinx+cosx)=12lncos2x+C\int \frac{dx}{\sin x (\sin x + \cos x)} = -\frac{1}{2} \ln |\cos 2x| + C


你需要更详细的推导过程或替代方法吗?
相关扩展问题:

  1. 如何计算 dxcosx(sinx+cosx)\int \frac{dx}{\cos x (\sin x + \cos x)}
  2. 如何利用 Weierstrass 代换计算此积分?
  3. 该积分的计算方法如何应用于更一般的三角函数积分?
  4. 是否存在其他分解方法来求解该积分?
  5. 该积分是否能用于计算特定的定积分,例如 0π/2dxsinx(sinx+cosx)\int_0^{\pi/2} \frac{dx}{\sin x (\sin x + \cos x)}

小提示:
在处理三角函数积分时,尝试使用 倍角公式、辅助角公式变量代换 来简化表达式。

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Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Integral Calculus
Trigonometric Integration
Substitution Method

Formulas

∫ dx / (sin x (sin x + cos x))
(sin x + cos x)(sin x - cos x) = sin^2 x - cos^2 x = -cos 2x
Substitution: t = cos 2x
Integral of 1/t: ∫ dt/t = ln |t|

Theorems

Trigonometric Identities
Logarithm Properties
Substitution Method in Integration

Suitable Grade Level

Undergraduate Mathematics or Advanced High School Calculus