Trigonometrik yerine koyma

trigonometrik fonksiyonları içeren integrallerin hesaplanması için yöntem

Matematikte, bir trigonometrik yerine koyma veya trigonometrik ikame, trigonometrik fonksiyon yerine başka bir ifadeyi koyar. Kalkülüste trigonometrik ikameler integralleri hesaplamak için kullanılan bir tekniktir. Bu durumda, radikal fonksiyon içeren bir ifade trigonometrik bir ifade ile değiştirilir. Trigonometrik özdeşlikler cevabı basitleştirmeye yardımcı olabilir.[1][2] Diğer yerine koyma yoluyla integrasyon yöntemlerinde olduğu gibi, belirli bir integrali değerlendirirken, integrasyon sınırlarını uygulamadan önce, ters türevin sonucunu tam olarak çıkarmak daha basit olabilir.

Durum I: a2x2 içeren integraller

değiştir

  olsun ve   özdeşliğini kullanın.

Durum I için örnekler

değiştir
 
Durum I için geometrik yapı

Örnek 1

değiştir

 

integralinde,

 

ikamesini kullanabiliriz. Böylece,

 

Yukarıdaki adım   ve   olmasını gerektirir.  'yı  'nin ana kökü olarak seçebilir ve ters sinüs fonksiyonunu kullanarak   kısıtlamasını uygulayabiliriz.

Belirli bir integral için, integrasyon sınırlarının nasıl değiştiğini bulmak gerekir. Örneğin,    'dan  'ye giderken    'dan  'ye gider, böylece    'dan  'ya gider. Öyleyse,

 

Sınırları seçerken biraz dikkatli olmak gerekir. Yukarıdaki integral   gerektirdiğinden,   yalnızca   ile   arasında olabilir. Bu kısıtlama ihmal edildiğinde,  'nın  'den  'ya gitmesi seçilebilirdi, bu da gerçek değerin negatifiyle sonuçlanırdı.

Alternatif olarak, sınır koşullarını uygulamadan önce belirsiz integralleri tam olarak değerlendirin. Bu durumda, ters türev daha önce olduğu gibi şu sonucu verir:

 

Örnek 2

değiştir

 

integrali,   burada   olarak alınarak hesaplanabilir, böylece   ve   arksin değer kümesine göre   ve  'dır.

Böylece,  

Belirli bir integral için, yerine koyma işlemi gerçekleştirildikten sonra sınırlar değişir ve   denklemi kullanılarak   aralığındaki değerlerle belirlenir. Alternatif olarak, sınır terimlerini doğrudan ters türev formülüne uygulayın.

Örneğin,

 

belirli integrali,   yerine   kullanılarak belirlenen sınırlarla hesaplanabilir.

  ve   olduğundan,

 

Öte yandan, sınır terimlerinin daha önce elde edilen ters türev formülüne doğrudan uygulanması, daha önce olduğu gibi aşağıdaki sonucu verir:

 

Durum II: a2 + x2 içeren integraller

değiştir

  olsun ve   özdeşliğini kullanın.

Durum II için örnekler

değiştir
 
Durum II için geometrik yapı

Örnek 1

değiştir

 

integralinde,

 

yazabiliriz, böylece integral şu hale gelir:

 

  olmak koşuluyla.

Belirli bir integral için sınırlar, ikame işlemi gerçekleştirildikten sonra değişir ve   denklemi kullanılarak   aralığındaki değerlerle belirlenir. Alternatif olarak, sınır terimlerini doğrudan ters türev formülüne uygulayın.

Örneğin,

 

belirli integrali,   yerine   kullanılarak belirlenen sınırlar ile hesaplanabilir.

  ve   olduğundan,

 

Bu arada, sınır terimlerinin ters türev formülüne doğrudan uygulanması, daha önceki gibi aşağıdaki sonucu verir:

 

Örnek 2

değiştir

 

integrali,

  alınarak hesaplanabilir. Burada   böylece   ve   arctanjant değer kümesine göre   ve  'dir.

Öyleyse,  

Sekant kübün integrali, kısmi integral kullanılarak hesaplanabilir. Sonuç olarak,

 

Durum III: x2a2 içeren integraller

değiştir

  olsun ve   özdeşliğini kullanın.

Durum III için örnekler

değiştir
 
Durum III için geometrik yapı

 

şeklindeki integraller, trigonometrik ikameler yerine kısmi kesirler ile de hesaplanabilir. Bununla birlikte,

 

integrali hesaplanamaz. Bu durumda, uygun bir ikame şudur:

 

burada   böylece   ve   varsayımıyla   olur, böylece   ve   olur.

Öyleyse,  

Pay ve paydayı   ile çarparak sekant fonksiyonunun integrali ve parçalarla sekant kübün integrali hesaplanabilir.[3] Sonuç olarak,

 

  olduğunda ki bu da   olduğunda olur,   bu durumda da   anlamına gelir.

Trigonometrik fonksiyonları ortadan kaldıran ikameler

değiştir

Trigonometrik fonksiyonları yok etmek için ikame kullanılabilir. Örneğin,

 

Son ikame, Weierstrass yerine koyması olarak bilinir ve tanjant yarım açı formülleri kullanır. Örneğin,

 

Hiperbolik yerine koyma

değiştir

İntegralleri basitleştirmek için hiperbolik fonksiyonların ikameleri de kullanılabilir.[4]

Örneğin,   integralini almak için,   (ve dolayısıyla  ) ikamesini, ardından  ]] özdeşliğini kullanın:

 

İstenirse, bu sonuç başka özdeşlikler kullanılarak da dönüştürülebilir, örneğin   bağıntısını:

 

Ayrıca bakınız

değiştir
 
Vikiversite'de
Trigonometrik yerine koyma ile ilgili kaynaklar bulunur.
 
Vikikitap

Kaynakça

değiştir
  1. ^ Stewart, James (2008). Calculus: Early Transcendentals . 6. Brooks/Cole. ISBN 978-0-495-01166-8. 
  2. ^ Thomas, George B.; Weir, Maurice D.; Hass, Joel (2010). Thomas' Calculus: Early Transcendentals. 12. Addison-Wesley. ISBN 978-0-321-58876-0. 
  3. ^ Stewart, James (2012). "Section 7.2: Trigonometric Integrals". Calculus - Early Transcendentals. United States: Cengage Learning. ss. 475-6. ISBN 978-0-538-49790-9. 
  4. ^ Boyadzhiev, Khristo N. "Hyperbolic Substitutions for Integrals" (PDF). 26 Şubat 2020 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 4 Mart 2013.