Eulerův vzorec pro komplexní čísla lze v integrálním počtu použít pro vyhodnocení integrálů, které obsahují goniometrické funkce. Použitím Eulerova vzorce můžeme zapsat libovolnou trigonometrickou funkci jako komplexní exponenciální funkci obsahující a a tu pak integrovat. Tato technika je často jednodušší a rychlejší než použití trigonometrických identit nebo integrace per partes, a je dostatečně silná pro integraci libovolné racionální funkce obsahující trigonometrické funkce.

Eulerův vzorec Eulerův vzorec:Weisstein, Eric W. (June 14 2017)

Substitucí za dostaneme rovnici

protože funkce kosinus je sudá funkce a sinus lichá. Z těchto dvou rovnic lze vyjádřit sinus a kosinus:

Příklady

První příklad Uvažujme integrál

Standardní postup řešení tohoto integrálu je použít vzorec pro poloviční úhel pro zjednodušení integrandu. Místo toho můžeme použít Eulerovu identitu:

Nyní je možné se vrátit zpět k reálným číslům použitím vzorce . Případně můžeme integrovat komplexní exponenciály a k trigonometrickým funkcím se již nevracet:

Druhý příklad Uvažujme integrál

Řešení tohoto integrálu použitím trigonometrických identit je poměrně komplikované, ale při použití Eulerovy identity je docela jednoduché:

Nyní můžeme buď integrovat přímo nebo můžeme nejdřív provést substituci výrazu . Obě metody dávají

Použití reálných částí Kromě přímého využití Eulerovy identity lze často vhodně využít reálné části komplexních výrazů. Pokud máme například integrál

Protože je reálná část , víme, že

Integrál na pravé straně lze snadno vypočítat:

Odtud postupně dostaneme

Zlomky Obecně lze tuto techniku použít pro vyhodnocení libovolného zlomku, který obsahuje trigonometrické funkce. Například při řešení integrálu

dostaneme použitím Eulerovy identity

Pokud nyní provedeme substituci , výsledek je integrál racionální funkce:

který můžeme řešit pomocí rozkladu na parciální zlomky.

Odkazy

Reference

Související články Trigonometrická substituce Weierstrassova substituce Eulerova substituce

Kategorie:Integrální počet