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Integral de$\int \frac{\sin(3x)}{\sin(5x)} \, dx$

Cómo encontrar integral de

$$\int \frac{\sin(3x)}{\sin(5x)}dx$$

Escribí $\sin(3x)=\sin(8x-5x)$ pero generó $\frac{\sin(8x) \cos(5x)}{\sin(5x)}$.

¿Cómo debo proceder?

4voto

Joanpemo Puntos 508

El uso de $\;\sin3x=\sin(5x-2x)=\sin5x\cos2x-\sin2x\cos5x$ :

$$\frac{\sin3x}{\sin5x}=\cos 2x-\sin2x\frac{\cos5x}{\sin5x}$$

Ahora, observa que

$$\int\frac{\cos kx}{\sin kx}dx=\frac1k\,\log|\sin kx|+C$$

y ahora tal vez la integración por partes será de ayuda.

4voto

N74 Puntos 770

El uso de polinomios de Chebyshev (que puede ser utilizado también para el seno cuando usted tiene impar multiplicadores para el ángulo) tenemos: $$ \sin3x = 3\sin x-4\sin^3x \\ \sin5x = 16\sin^5x-20\sin^3x+5\sin x $$ Así que: $$ \frac{\sin3x}{\sin5x}=\frac{3-4\sen^2x}{16\sin^4x-20\sen^2x+5}=\frac{-\left (4\sen^2x-\frac{5}{2} \right )+\frac{1}{2}}{\left (4\sen^2x-\frac{5}{2} \right )^2-\frac{5}{4}} $$ Let's convert sines to cosines (they look better when you integrate): $$ \frac{\sin3x}{\sin5x}=\frac{-\left (4(1-\cos^2x)-\frac{5}{2} \right )+\frac{1}{2}}{\left (4(1-\cos^2x)-\frac{5}{2} \right )^2-\frac{5}{4}}=\frac{\left (4\cos^2x-\frac{3}{2} \right )+\frac{1}{2}}{\left (4\cos^2x-\frac{3}{2} \right )^2-\frac{5}{4}} $$ Now we can decompose the denominator: $$ \frac{u+\frac{1}{2}}{u^2-\frac{5}{4}}=\frac{a}{u-\sqrt{\frac{5}{4}}}+\frac{b}{u+\sqrt{\frac{5}{4}}} \\ a=\frac{\sqrt{5}+1}{2\sqrt{5}}, b=\frac{\sqrt{5}-1}{2\sqrt{5}} $$ Then: $$ \frac{\sin3x}{\sin5x}=\frac{\frac{\sqrt{5}+1}{2\sqrt{5}}}{4\cos^2x-\frac{3}{2}-\sqrt{\frac{5}{4}}}+\frac{\frac{\sqrt{5}-1}{2\sqrt{5}}}{4\cos^2x-\frac{3}{2}+\sqrt{\frac{5}{4}}} $$ For both the denominators we have a negative constant term, so let's try to find a solution for: $$ I(a^2 b^2)=\int {\frac{1}{a^2cos^2x-b^2}}dx=\int {\frac{1+\bronceado^2x}{a^2-b^2-b^2\bronceado^2x}}dx$$ using $u=\tan x$, $du=(1+\bronceado^2x)dx$: $$ I(a^2 b^2)=\int {\frac{1}{a^2-b^2-b^2u^2}}du=\frac{1}{b^2}\int {\frac{1}{\frac{a^2-b^2}{b^2}-u^2}}du=\frac{1}{b^2}\frac{b}{\sqrt{a^2-b^2}}\tanh^{-1}\frac{bu}{\sqrt{a^2-b^2}}=\frac{1}{b\sqrt{a^2-b^2}}\tanh^{-1}\frac{b\tan x}{\sqrt{a^2-b^2}} $$ Carefully doing the substitutions I found: $$ \int {\frac{\sin3x}{\sin5x}}dx= I\left (4, \frac{3+\sqrt{5}}{2}\right ) + I\left (4, \frac{3-\sqrt{5}}{2}\right ) = \frac{\sqrt{5}+1}{4\sqrt{5}}\frac{1}{\sqrt{3+\sqrt{5}}\sqrt{5-\sqrt{5}}}\tanh^{-1}\frac{\sqrt{3+\sqrt{5}}}{\sqrt{5-\sqrt{5}}}\tan x+\frac{\sqrt{5}-1}{4\sqrt{5}}\frac{1}{\sqrt{3-\sqrt{5}}\sqrt{5+\sqrt{5}}}\tanh^{-1}\frac{\sqrt{3-\sqrt{5}}}{\sqrt{5+\sqrt{5}}}\tan x + C $$

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