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\( \int \frac { \sin ^ { 3 } x } { 1 - \cos x } d x \)

Ask by Potter Norton. in Iraq
Mar 09,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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\[ \int \frac{\sin^3 x}{1 - \cos x} \, dx = -\cos x - \frac{\cos^2 x}{2} + C \]

Solución

1. نبدأ بالتكامل: \[ \int \frac{\sin^3 x}{1-\cos x} \, dx \] 2. نلاحظ أن \(\sin^3 x = \sin x \sin^2 x\)، وأن \(\sin^2 x = 1-\cos^2 x\). إذن: \[ \int \frac{\sin^3 x}{1-\cos x}\,dx = \int \frac{\sin x (1-\cos^2 x)}{1-\cos x} \, dx \] 3. نلاحظ أن \(1-\cos^2 x = (1-\cos x)(1+\cos x)\). بالتعويض نحصل على: \[ \int \frac{\sin x (1-\cos x)(1+\cos x)}{1-\cos x} \, dx = \int \sin x (1+\cos x)\, dx \] 4. لتبسيط التكامل، نستخدم التعويض الآتي: نضع \( u = \cos x \) فتكون المشتقة: \[ du = -\sin x \, dx \quad \Rightarrow \quad \sin x \, dx = -du \] 5. يصبح التكامل: \[ \int \sin x (1+\cos x)\, dx = \int (1+u)(\sin x\,dx) = -\int (1+u) \, du \] 6. بإجراء التكامل نحصل على: \[ -\int (1+u) \, du = -\left( \int 1\, du + \int u\, du \right) = -\left( u + \frac{u^2}{2} \right) + C \] 7. نسترجع \( u=\cos x \) للحصول على النتيجة النهائية: \[ -\cos x - \frac{\cos^2 x}{2} + C \] إذًا، الجواب النهائي هو: \[ \boxed{-\cos x - \frac{\cos^2 x}{2} + C} \]

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The Deep Dive

To solve the integral \( \int \frac{\sin^3 x}{1 - \cos x} \, dx \), we can use a substitution. Notably, since \( \sin^2 x = 1 - \cos^2 x \), we can express \( \sin^3 x \) as \( \sin x (1 - \cos^2 x) \). Now, simplifying the integral, we have: \[ \sin^3 x = \sin x (1 - \cos^2 x) = \sin x - \sin x \cos^2 x. \] So, our integral can be split into two parts: \[ \int \left( \frac{\sin x}{1 - \cos x} - \frac{\sin x \cos^2 x}{1 - \cos x} \right) \, dx. \] Next, we can use the substitution \( u = \cos x \), which gives \( du = -\sin x \, dx \). Therefore, integrating both parts becomes much simpler in terms of \( u \). By carefully employing partial fractions and integral identities, we can resolve the integral into manageable parts. But don't forget to revert back to the \( x \) variable after integrating. This approach showcases the beauty of trigonometric identities and substitutions in calculus! And remember, while transformations often simplify integrals, the key is to be thorough with checks after changes of variables to avoid common pitfalls.

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