Задача №1935
Условие
Найти интеграл \(\displaystyle{\int\frac{dx}{\ch^5{x}}}\).
Решение
\[
\int\frac{dx}{\ch^5{x}}
=\left[\begin{aligned}
& u=\frac{1}{\ch^3{x}};\;du=-\frac{3\sh{x}}{\ch^4{x}}dx;\\
& dv=\frac{dx}{\ch^2{x}};\;v=\th{x}.
\end{aligned}\right]
=\frac{\th{x}}{\ch^3{x}}+3\int\frac{\th{x}\cdot\sh{x}}{\ch^4{x}}dx=\\
=\frac{\th{x}}{\ch^3{x}}+3\int\frac{\sh^2{x}}{\ch^5{x}}dx
=\frac{\th{x}}{\ch^3{x}}+3\int\frac{\ch^2{x}-1}{\ch^5{x}}dx
=\frac{\th{x}}{\ch^3{x}}+3\int\frac{dx}{\ch^3{x}}-3\int\frac{dx}{\ch^5{x}}.
\]
Из полученного равенства имеем:
\[
\int\frac{dx}{\ch^5{x}}
=\frac{\th{x}}{4\ch^3{x}}+\frac{3}{4}\cdot\int\frac{dx}{\ch^3{x}}
\tag{1}\label{1}
\]
Отдельно рассмотрим интеграл \(\displaystyle{\int\frac{dx}{\ch^3{x}}}\):
\[
\int\frac{dx}{\ch^3{x}}
=\left[\begin{aligned}
& u=\frac{1}{\ch{x}};\;du=-\frac{3\sh{x}}{\ch^2{x}}dx;\\
& dv=\frac{dx}{\ch^2{x}};\;v=\th{x}.
\end{aligned}\right]
=\frac{\th{x}}{\ch{x}}+\int\frac{\th{x}\cdot\sh{x}}{\ch^2{x}}dx=\\
=\frac{\th{x}}{\ch{x}}+\int\frac{\sh^2{x}}{\ch^3{x}}dx
=\frac{\th{x}}{\ch{x}}+\int\frac{\ch^2{x}-1}{\ch^3{x}}dx
=\frac{\th{x}}{\ch{x}}+\int\frac{dx}{\ch{x}}-\int\frac{dx}{\ch^3{x}}.
\]
Из полученного равенства имеем:
\[
\int\frac{dx}{\ch^3{x}}
=\frac{\th{x}}{2\ch{x}}+\frac{1}{2}\int\frac{dx}{\ch{x}}
=\frac{\th{x}}{2\ch{x}}+\int\frac{dx}{e^x+e^{-x}}
=\frac{\th{x}}{2\ch{x}}+\int\frac{e^xdx}{e^{2x}+1}
=\frac{\th{x}}{2\ch{x}}+\arctg{e^x}+C.
\]
Возвращаясь к равенству \(\displaystyle{\eqref{1}}\), получим:
\[
\int\frac{dx}{\ch^5{x}}
=\frac{\th{x}}{4\ch^3{x}}+\frac{3\th{x}}{8\ch{x}}+\frac{3\arctg{e^x}}{4}+C
\]
Ответ:
\(\displaystyle{\frac{\th{x}}{4\ch^3{x}}+\frac{3\th{x}}{8\ch{x}}+\frac{3\arctg{e^x}}{4}+C}\)Источники задачи
| Задачник №3 | Кудрявцев "Сборник задач по математическому анализу" (том №2) |
| Параграф №4 | Интегрирование трансцендентных функций |
| Задача №10 | |
| Пункт №3 |