Sustitución de Weierstrass: racionalizar integrales trigonométricas
La sustitución de Weierstrass es el cambio universal para integrar funciones racionales en senos y cosenos: siempre las convierte en una función racional en , que ya sabemos integrar por fracciones simples.
Las fórmulas salen de las identidades del ángulo mitad: Sustituyendo, el integrando trigonométrico se vuelve un cociente de polinomios en . Por ejemplo, se transforma en , resoluble por fracciones simples.
En la integral definida conviene además transformar los límites (; p. ej. ): así se evitan las ambigüedades de rama del que ensucian la primitiva directa. En la indefinida se deshace el cambio al final para volver a .
Weierstrass siempre funciona, pero suele subir el grado del denominador (a menudo a un polinomio de grado cuatro), así que no siempre es el camino más corto: para las fracciones trigonométricas con simetría, las reglas de Bioche dan un cambio más sencillo. La calculadora de MathOperator aplica Weierstrass automáticamente en ejemplos como 1/(1+cos(x)^2) from 0 to pi o 1/sin(x).