Integrale di 1/cos^2(x)

Autore: Giuseppe Carichino (Galois) -
Ultimo aggiornamento:

Quanto vale l'integrale di 1/cos^2(x), ossia l'integrale di 1 fratto il coseno al quadrato di x? Il mio libro di testo lo riporta tra gli integrali notevoli e dice che è uguale alla tangente di x, ma non ho capito il perché.

Potreste spiegarmi come si calcola l'integrale indefinito di 1 fratto cos^2(x) mostrando e commentando tutti i passaggi?

∫ (1)/(cos^2(x)) dx

Soluzione

L'integrale di 1/cos^2(x) è un integrale fondamentale ed è uguale alla tangente di x più una costante arbitraria.

∫ (1)/(cos^2(x)) dx = tan(x)+c, c ∈ R

Vediamo come si calcola. In generale calcolare l'integrale indefinito di una funzione f(x)

∫ f(x) dx

vuol dire trovare tutte e sole le primitive della funzione integranda f(x).

All'atto pratico si deve cercare una funzione F(x) tale che la sua derivata prima sia uguale a f(x), e sommarvi una costante arbitraria c che individua la famiglia di tutte le possibili primitive di f(x) (possibili perché la derivata di una costante è uguale a zero):

∫ f(x) dx = F(x)+c con F'(x) = f(x)

Nel nostro caso la funzione integranda è

f(x) = (1)/(cos^2(x))

dunque l'integrale indefinito di 1 fratto il coseno al quadrato di x è dato da

∫ (1)/(cos^2(x)) dx = F(x)+c con F'(x) = (1)/(cos^2(x))

Uno dei prerequisiti per il calcolo integrale è conoscere le derivate fondamentali, ossia le derivate delle funzioni elementari. Anche se la funzione tangente non è considerata una funzione elementare, dovremmo sapere che la derivata della tangente è uguale a (1)/(cos^2(x)). Verifichiamolo:

(d)/(dx)[tan(x)] =

Scriviamo la tangente come rapporto tra seno e coseno

= (d)/(dx)[(sin(x))/(cos(x))] =

e usiamo la regola di derivazione di un rapporto

= ((d)/(dx)[sin(x)]·cos(x)−sin(x)·(d)/(dx)[cos(x)])/([cos(x)]^2) =

la derivata del seno di x è uguale a cos(x), mentre la derivata del coseno di x è uguale a -sin(x)

= (cos(x)·cos(x)−sin(x)·(−sin(x)))/(cos^(x)) = (cos^2(x)+sin^2(x))/(cos^2(x)) =

per l'identità fondamentale della Trigonometria il numeratore è uguale a 1

= (1)/(cos^2(x))

e in definitiva:

(d)/(dx)[tan(x)] = (1)/(cos^2(x))

Abbiamo così trovato una funzione F(x) la cui derivata prima è (1)/(cos^2(x))

F(x) = tan(x) → F'(x) = (1)/(cos^2(x)) = f(x)

dunque

∫ (1)/(cos^2(x)) dx = tan(x)+c, c ∈ R

***

Non abbiamo altro da aggiungere, se non consigliarti:

- di fare un ripasso sugli integrali fondamentali;

- di usare il tool sugli integrali indefiniti online per verificare il risultato di qualsiasi integrale.

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