Integrate csc^3 2x dx ?

2 Answers
Apr 4, 2018

I=1/16(tan^2(x)+4ln(tan(x))-1/(tan^2(x)))+CI=116(tan2(x)+4ln(tan(x))1tan2(x))+C

Explanation:

We want to solve

I=intcsc^3(2x)dxI=csc3(2x)dx

Make a substitution u=2x=>du=2dxu=2xdu=2dx

I=1/2intcsc^3(u)duI=12csc3(u)du

Use tangent half-angle substitution s=tan(u/2)s=tan(u2),
then csc(u)=(1+s^2)/(2s)csc(u)=1+s22s and du=2/(1+s^2)dsdu=21+s2ds

I=1/2int((1+s^2)/(2s))^3 2/(1+s^2)dsI=12(1+s22s)321+s2ds

color(white)(I)=int(1+s^2)^2/(8s^3)dsI=(1+s2)28s3ds

color(white)(I)=1/8int(s^4+2s^2+1)/(s^3)dsI=18s4+2s2+1s3ds

color(white)(I)=1/8ints+2s^-1+s^-3dsI=18s+2s1+s3ds

color(white)(I)=1/8(1/2s^2+2ln(s)-1/2s^-2)+CI=18(12s2+2ln(s)12s2)+C

color(white)(I)=1/16(s^2+4ln(s)-1/(s^2))+CI=116(s2+4ln(s)1s2)+C

Substitute back s=tan(u/2)s=tan(u2) and u=2xu=2x

I=1/16(tan^2(x)+4ln(tan(x))-1/(tan^2(x)))+CI=116(tan2(x)+4ln(tan(x))1tan2(x))+C

Apr 4, 2018

I=-1/4[csc(2x)cot(2x)+ln|csc(2x)+cot(2x)|]+cI=14[csc(2x)cot(2x)+ln|csc(2x)+cot(2x)|]+c

Explanation:

Here,

I=intcsc^3 2x dx I=csc32xdx

=int(csc2x)(csc^2(2x))dx=(csc2x)(csc2(2x))dx

=int(sqrt(cot^2(2x)+1))csc^2(2x)dx=(cot2(2x)+1)csc2(2x)dx

Let,

color(blue)(cot(2x)=u)=>-csc^2(2x)*2dx=ducot(2x)=ucsc2(2x)2dx=du

=>csc^2(2x)dx=-1/2ducsc2(2x)dx=12du

I=intsqrt(u^2+1)(-1/2)duI=u2+1(12)du

We know that,

color(red)(intsqrt(x^2+a^2)dx=x/2sqrt(x^2+a^2)+a^2/2ln|x+sqrt(x^2+a^2)|+cx2+a2dx=x2x2+a2+a22lnx+x2+a2+c

I=-1/2intsqrt(u^2+1^2)duI=12u2+12du

=-1/2[u/2sqrt(u^2+1)+1/2ln|u+sqrt(u^2+1)|]+c=12[u2u2+1+12lnu+u2+1]+c

substituting back color(blue)(u=cot2xu=cot2x

=-1/2[cot(2x)/2sqrt(cot^2(2x)+1)+1/2ln|cot(2x)+sqrt(cot^2(2x)+1 )|]+c=12[cot(2x)2cot2(2x)+1+12lncot(2x)+cot2(2x)+1]+c

=-1/2[cot(2x)/2csc(2x)+1/2ln|cot(2x)+csc(2x)|]+c=12[cot(2x)2csc(2x)+12ln|cot(2x)+csc(2x)|]+c

=-1/4[csc(2x)cot(2x)+ln|csc(2x)+cot(2x)|]+c=14[csc(2x)cot(2x)+ln|csc(2x)+cot(2x)|]+c