¿Cuál es la prueba de [matemáticas] I_ {n} = \ int \ frac {1} {sin ^ {n} x} = – \ frac {cosx} {(n-1) sin ^ {n-1} x} + \ frac {n-2} {n-1} I_ {n-2}, n \ geq2 [/ math]?

Esta es una pregunta muy, muy, muy, muy, muy, muy, muy, muy, muy difícil. Vamos a resolverlo, porque porque no. Primero, hagamos un ligero cambio en la integral en cuestión;

Esto será inmensamente útil para nosotros en el futuro. Ahora, integremos por partes. Para eso, elegiré las siguientes sustituciones;

Ahora, apliquemos la fórmula, ¿de acuerdo?

La cuestión es que podemos simplificar la integral utilizando una identidad simple. Se simplifica a la siguiente respuesta;

Ahora, podemos seguir escribiendo estas integrales en términos de I y volver a ponerlas en la ecuación anterior. Por lo tanto, la ecuación final que debemos obtener es;

Ahora, estamos más cerca de nuestra respuesta. De hecho, podemos simplificar aún más esto de la siguiente manera;

Más bien deprimente que esto no se parece a la respuesta que deseabas, ¿verdad? Pero mira!

Por lo tanto;

Ahora, si hacemos I (a) el sujeto;

Por lo tanto, hemos demostrado lo que queríamos demostrar.

Ahora, podrías pensar que lo que hice fue ilegal. Pero recuerde, la relación que derivamos entre I (n + 2) e I (n) es aplicable, realmente, para n> 2. Eso significa que es válido para a> 4. Mientras tengamos cuidado con esa restricción en particular, estamos bien.

Además, de lo que nos dimos cuenta al encontrar la relación entre I (n + 2) y I (n) fue que si queríamos encontrar la relación entre I (n) y I (n-2), entonces tendríamos que integrar I (n-2) en su lugar. Para convencerte de esto, hagámoslo también. Ahora, como hemos realizado el procedimiento anterior, lo presentaré aquí sin explicación. Tendrá que resolver los detalles por su cuenta;

Entonces, ¿por qué no comencé con este enfoque? La cuestión es que hay dos cosas a tener en cuenta;

  1. No sabía que la integral que estaba resolviendo conduciría a ese tipo de comprensión.
  2. Este sería un movimiento bastante engañoso. ¿Cómo sabrías de antemano que se suponía que ibas a integrar I (n-2)? ¿Intuición? Eso es una porquería, porque realmente no puedes decir que intuitivamente decidiste no integrar I (n) e integrar I (n-2) en su lugar.
  3. La prueba inicial que di es más legítima, en realidad. Si bien introduce otra variable a , pone lo que obtuvimos en la forma que queremos. Lo pone en forma de reducción. Por lo tanto, es mejor.

Agradezco todas las críticas 🙂

[matemáticas] I_ {n} = \ int \ frac {1} {\ sin ^ {n} x} \, dx [/ matemáticas]

[matemáticas] = \ int \ frac {1} {\ sin ^ {n-2} x \ sin ^ 2 x} \, dx [/ matemáticas]

Ahora usamos la integración de uso por partes:

[matemáticas] \ int uv ‘= uv – \ int u’v [/ math]

En este caso,

[matemáticas] u = \ frac {1} {\ sin ^ {n-2} x}; u ‘= (2-n) \ frac {\ cos x} {\ sin ^ {n-1} x} [/ math]

[matemáticas] v ‘= \ frac {1} {\ sin ^ 2 x}; v = – \ frac {\ cos x} {\ sin x} [/ math]

Al sustituir, obtenemos:

[matemáticas] I_ {n} = \ frac {1} {\ sin ^ {n-2} x} \ times – \ frac {\ cos x} {\ sin x} – \ int (2-n) \ frac { \ cos x} {\ sin ^ {n-1} x} \ veces – \ frac {\ cos x} {\ sin x} \, dx [/ math]

[matemáticas] \ Longrightarrow I_ {n} = – \ frac {\ cos x} {\ sin ^ {n-1} x} + (2-n) \ int \ frac {\ cos ^ 2 x} {\ sin ^ nx} \, dx [/ math]

[matemáticas] \ Longrightarrow I_ {n} = – \ frac {\ cos x} {\ sin ^ {n-1} x} + (2-n) \ int \ frac {1 – \ sin ^ 2 x} {\ sen ^ nx} \, dx [/ math]

Usando linealidad, obtenemos:

[matemáticas] I_ {n} = – \ frac {\ cos x} {\ sin ^ {n-1} x} + (2-n) \ int \ frac {1} {\ sin ^ nx} \, dx – (2-n) \ int \ frac {\ sin ^ 2 x} {\ sin ^ nx} \, dx [/ math]

[matemáticas] \ Longrightarrow I_ {n} = – \ frac {\ cos x} {\ sin ^ {n-1} x} + (2-n) I_ {n} + (n-2) \ int \ frac { 1} {\ sin ^ {n-2} x} \, dx [/ math]

[matemáticas] \ Longrightarrow I_ {n} + (n-2) I_ {n} = – \ frac {\ cos x} {\ sin ^ {n-1} x} + (n-2) I_ {n-2 }[/matemáticas]

[matemáticas] \ Longrightarrow (n-1) I_ {n} = – \ frac {\ cos x} {\ sin ^ {n-1} x} + (n-2) I_ {n-2} [/ math]

Al dividir entre [matemáticas] (n-1), [/ matemáticas] obtenemos:

[matemáticas] \ boxed {I_ {n} = – \ frac {\ cos x} {(n-1) \ sin ^ {n-1} x} + \ frac {n-2} {n-1} I_ { n-2}} [/ matemáticas]

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