9. I sin4 xcos2 xdx. |
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||||||
Solution. I sin |
2 |
2 |
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2 |
xdx |
1 cos2x 2 |
1 cos2x |
dx |
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|||||||||||||||||||||
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x cos |
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2 |
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2 |
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||||||||||||||||||||
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|||||||||||
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1 |
1 2 cos 2x cos2 |
2x 1 cos 2x dx |
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||||||||||||||||||||||
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8 |
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1 |
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1 cos 2x cos2 |
2x cos3 2x dx |
|
1 x |
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|
sin 4x |
|
sin |
3 |
2x |
|
C. |
|||||||||||||||||||
|
8 |
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|
|
8 |
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||||||||||||||||||||||||
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8 2 |
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6 |
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10. |
Find tgm x dx. |
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Solution. Keep in mind that tg x = sec2x and that tg2x = sec2x 1. The |
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steps are few: tgm x dx tgm 2 x tg2 |
xdx tgm 2 |
|
x sec2 x 1 dx |
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|
tgm 2 x sec2 xdx tgm 2 xdx |
|
t tg x |
|
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tm 2dt tgm 2 xdx |
||||||||||||||||||||||||||||
|
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|||||||||||||||||||||||||||||||||
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= tgm 1 x tgm 2 xdx. |
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m 1 |
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Repeated application of this recursion eventually produces tg xdx |
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or |
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tg0 |
xdx. Both are easily computed: tg xdx ln |
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cos x |
|
C; |
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||||||||||||||||||||||
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tg0 |
xdx x C. |
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11. |
Obtain a recursion formula for secn xdx. |
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|
Solution. Write secnx as secn –2x sec2x and use integration by parts: |
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|
|
secn 2 x sec2 |
xdx |
|
u secn 2 x du n 2 secn 2 x tg xdx |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
dv sec2 xdx |
|
v tg x |
|
|
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|||||||||||||||||||||
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|
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|
|
|
|
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|||||||||||||||||
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|
secn 2 tg x tg x n 2 secn 2 |
x tg xdx secn 2 x tg x |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
n 2 secn 2 |
x sec2 |
x 1 dx secn 2 |
x tg x n 2 |
|
secn |
xdx |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
n 2 secn 2 xdx. |
|
|
|
|
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|
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|
|
|
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|||||||||||||||
|
|
|
|
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|
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|
|
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|||||||||||||||
Collecting secn x dx, we obtain |
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|
|
|
|
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|
|
|
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|||||||||||
|
n 1 |
|
secn xdx secn 2 |
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
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|
|||||
|
|
x tg x n 2 |
secn 2 xdx and therefore |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
secn xdx secn 2 |
x tg x |
|
|
n 2 |
|
secn 2 dx . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
123
12. sec xdx.
Solution. sec xdx |
dx |
|
|
cos x dx |
|
|
cos x dx |
|
|
|||||||||||
cos x |
2 |
2 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
cos |
x |
1 sin |
x |
|
|
|||||||||
|
|
t sin x; |
|
|
|
|
dt |
1 ln |
|
1 |
t |
|
C. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
dt cos x dx. |
|
2 |
t |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 t |
2 |
|
|
1 |
|
|
|||||||||
13. 32 sin 6 x cos4 xdx . |
|
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|
|
|
|
|||
Solution. Multiplying the integrand we get |
|
|
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|||||||||||||
32 sin 6 x cos4 x 2(2 sin x cos x)4 |
sin 2 x sin 4 2x(1 cos 2x) |
|||||||||||||||||||
sin 4 2x sin 4 2x cos 2x |
|
1 |
(1 cos 4x)2 |
sin 4 2x cos 2x |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
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|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
14 (1 2 cos 4x cos2 4x) sin 4 2x cos 2x
14 12 cos 4x 18 (1 cos 8x) sin 4 2x cos 2x .
Then
32 sin 6 |
x cos4 xdx |
1 |
dx 1 cos 4xdx |
1 |
dx 1 |
cos 8xdx |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
2 |
|
|
|
8 |
|
|
8 |
|
|||
sin 4 |
2x cos 2xdx |
|
x |
1 |
cos 4xd (4x) |
x |
|
|
1 |
cos 8xd(8x) |
||||||||||
4 |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
8 |
|
8 |
|
64 |
|
|
|
|
|||||||
1 sin 4 2xd(sin 2x) |
|
3x |
|
1 sin 4x |
1 |
sin 8x |
|
1 |
|
sin 5 2x C . |
||||||||||
8 |
|
64 |
10 |
|
||||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
14. |
|
dx |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(sin x cos x) |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
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|
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||
Solution. Integrand |
|
R(sin x, cos x) |
|||||||||
cos x |
and sin x : |
|
|
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|
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|
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|
|
|
R( sin x, cos x) |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||
( sin x cos x)2 |
|
|
|||||||||
Multiplying the integrand we get |
|
|
|
||||||||
|
dx |
|
|
|
dx |
|
|
|
|
||
(sin x cos x) |
2 |
(tg x 1) |
2 |
cos |
2 |
x |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
is |
even |
for both |
|||
(sin x cos x)2 |
||||||||
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
R(sin x, cos x) . |
|||||
(sin x cos x)2 |
||||||||
|
d(tg x 1) |
|
|
|
1 |
|
C . |
|
2 |
|
|
tg x 1 |
|||||
|
(tg x 1) |
|
|
|
||||
124
15. |
|
cos3 xdx |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
(1 sin x) |
|
|
|
|
|
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|
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|
|
|||
Solution. Integrand R(sin x, cos x) |
|
|
cos3 x |
|
is odd for cos x |
|||||||||||||||
|
(1 sin x)3 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
R(sin x, cos x) |
|
( cos x)3 |
|
|
cos3 x |
|
R(sin x, cos |
|||||||||||||
|
(1 sin x) |
3 |
|
|
(1 sin x)3 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Then |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
cos3 xdx |
|
|
|
|
sin x t, |
|
|
|
|
|
1 t 2 |
|
dt |
1 t |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
cos xdx dt, |
|
|
|
dt |
|||||||||||||
|
3 |
|
|
3 |
2 |
|||||||||||||||
|
(1 sin x) |
|
cos2 x 1 |
t 2 |
|
|
|
|
(1 t) |
|
|
(1 t) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
:
x) .
|
(t 1) 2 |
dt |
|
|
|
dt |
|
2 |
|
|
|
dt |
ln |
|
t 1 |
|
|
2 |
|
C |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
2 |
|
t 1 |
|
|
|
2 |
|
t |
1 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
(t 1) |
|
|
|
|
(t 1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
ln |
|
sin x 1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
C. |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
sin x 1 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
16. tg3 x sec5 x dx. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
and that tgx = sec2x 1. |
|
|||||||||||||||
Solution. Recall d(secx) = tgx secx dx |
|
||||||||||||||||||||||||||
Let t = secx and dt = secx tgx dx. Then tg3 x sec5 x dx |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
tg2 x sec4 x tg x sec x dx sec2 x 1 sec4 x tg x sec x dx |
|||||||||||||||||||||||||||
t 2 1 t 4dt t |
6 t4 dt |
t7 |
|
t5 |
|
C sec7 x sec5 x |
C . |
||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
5 |
|
|
|
7 |
|
|
5 |
|
|||||
17. I = tg2 x sec4 xdx.
Solution. Let us recall that dtgx = sec2x dx. So pair sec2x with dx to form
sec2x dx. This suggests the substitution t = tgx ; dt = sec2x dx. Recall also that sec2x = tg2x + 1.
Then I = tg2 x sec2 x sec2 xdx t2 t2 1 dt
|
|
|
t |
4 t 2 dt |
t5 |
|
t3 |
C |
tg5 x |
tg3 x |
C. |
||
|
|
|
|
|
5 |
||||||||
|
|
|
|
|
5 |
3 |
|
|
3 |
|
|||
18. |
|
dx |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sin |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
x cos x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Solution. Integrand |
R(sin x, cos x) |
1 |
|
is even for both sin x |
|||||||||
|
sin 3 x cos x |
||||||||||||
125
and cos x :
R( sin x, cos x) |
1 |
1 |
R(sin x, cos x) . |
|
|
|
|
||
( sin x)3 ( cos x) |
sin 3 x cos x |
|||
Multiplying the integrand as function of tg x: R(tg x)d tg x . This time try
dt |
|
dx |
|
and 1 |
tg2 x |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
. Consequently, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
cos2 |
|
cos2 x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
(1 tg2 x)d tg x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
sin |
3 |
x cos x |
|
tg |
3 |
|
x cos |
4 |
|
|
x |
|
|
|
tg |
3 |
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d tg x |
|
|
d tg x |
|
1 ctg2 |
x ln |
|
tg x |
|
C . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tg |
x |
|
|
|
|
|
|
|
tg x |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
19. I |
|
|
|
|
|
sin |
|
2xdx |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
4 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
cos |
|
|
|
x sin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
Solution. The substitutions tg x |
|
|
= t transform the integral to |
|
|
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Solution. We can use the substitution tg 2x t , however there is another way: by transforming the integrand into
sin x |
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sin x(1 sin x) |
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sin x(1 |
sin x) |
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sin x |
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sin 2 x |
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1 sin x |
(1 sin x)(1 sin x) |
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1 sin 2 x |
cos2 |
x |
cos2 |
x |
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sin x |
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1 |
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1. |
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cos2 x |
cos2 |
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x |
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