AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №1619

Условие

Найти интеграл \(\displaystyle{\int\frac{dx}{\sin^3{x}}}\).

Решение

В принципе, здесь можно сделать стандартную подстановку \(\displaystyle{t=\tg\frac{x}{2}}\), после которой мы получим такой интеграл:

\[ \frac{1}{4}\int\frac{\left(1+t^2\right)^2}{t^3}dt \]

Дальнейшее вычисление стандартно - раскрыть скобки, разделить почленно и т.д. Поинтереснее мне кажется вариант применения формулы интегрирования по частям:

\[ \int\frac{dx}{\sin^3{x}} =-\int\frac{1}{\sin{x}}d\left(\ctg{x}\right) =-\frac{1}{\sin{x}}\cdot\ctg{x}-\int\frac{\cos^2{x}}{\sin^3{x}}dx=\\ =-\frac{1}{\sin{x}}\cdot\ctg{x}-\int\left(\frac{1}{\sin^3{x}}-\frac{1}{\sin{x}}\right)dx =-\frac{\cos{x}}{\sin^2{x}}-\int\frac{dx}{\sin^3{x}}+\ln\left|\tg\frac{x}{2}\right| \]

Из последнего равенства имеем:

\[ \int\frac{dx}{\sin^3{x}} =-\frac{\cos{x}}{2\sin^2{x}}+\frac{1}{2}\ln\left|\tg\frac{x}{2}\right|+C \]

Ответ:

\(\displaystyle{-\frac{\cos{x}}{2\sin^2{x}}+\frac{1}{2}\ln\left|\tg\frac{x}{2}\right|+C}\)

Источники задачи

Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №6Неопределённый интеграл. Интегральное исчисление
Параграф №3Основные классы интегрируемых функций
Задача №2102