题目
Problem
Find, in simplest form,
∫(2cosx−sinx)2dx
(5)
题目中文翻译
求
∫(2cosx−sinx)2dx
的最简形式。
解答
解法一
思路
展开
先展开平方,再分别处理三类项:sinxcosx 可以用 sin2x=2sinxcosx,而 cos2x 和 sin2x 要用 double angle 公式化成含 cos2x 的形式,之后就能直接积分。
答题过程
展开
First expand the square:
(2cosx−sinx)2=4cos2x−4sinxcosx+sin2x.
So
∫(2cosx−sinx)2dx=∫(4cos2x−4sinxcosx+sin2x)dx.
Use
cos2x=21+cos2x,sin2x=21−cos2x,
and
sinxcosx=21sin2x.
Then
4cos2x−4sinxcosx+sin2x===4(21+cos2x)−4(21sin2x)+21−cos2x2+2cos2x−2sin2x+21−21cos2x25+23cos2x−2sin2x.
Therefore
∫(2cosx−sinx)2dx==∫(25+23cos2x−2sin2x)dx25x+23⋅21sin2x+cos2x+C.
Hence
∫(2cosx−sinx)2dx=25x+43sin2x+cos2x+C.
解法二
思路
展开
先把 2cosx−sinx 写成精确的 Rcos(x+α) 形式,再使用降幂公式积分。最后利用 sin2α 与 cos2α 的精确值展开答案。
答题过程
展开
Write
2cosx−sinx=5cos(x+α),
where
cosα=52,sinα=51.
Then
∫(2cosx−sinx)2dx===5∫cos2(x+α)dx25∫[1+cos(2x+2α)]dx25x+45sin(2x+2α)+C.
Also,
cos2α=cos2α−sin2α=53
and
sin2α=2sinαcosα=54.
Therefore
sin(2x+2α)==sin2xcos2α+cos2xsin2α53sin2x+54cos2x.
Hence
∫(2cosx−sinx)2dx==25x+45(53sin2x+54cos2x)+C25x+43sin2x+cos2x+C.