$$$\frac{\sqrt{2}}{4 x \left(x - 3\right)}$$$の積分

この計算機は、手順を示しながら$$$\frac{\sqrt{2}}{4 x \left(x - 3\right)}$$$の不定積分(原始関数)を求めます。

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$$$dx$$$$$$dy$$$ などの微分記号を使わずに書いてください。
自動検出のため、空欄のままにしてください。

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入力内容

$$$\int \frac{\sqrt{2}}{4 x \left(x - 3\right)}\, dx$$$ を求めよ。

解答

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{\sqrt{2}}{4}$$$$$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x \left(x - 3\right)}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{\frac{\sqrt{2}}{4 x \left(x - 3\right)} d x}}} = {\color{red}{\left(\frac{\sqrt{2} \int{\frac{1}{x \left(x - 3\right)} d x}}{4}\right)}}$$

部分分数分解を行う (手順は»で確認できます):

$$\frac{\sqrt{2} {\color{red}{\int{\frac{1}{x \left(x - 3\right)} d x}}}}{4} = \frac{\sqrt{2} {\color{red}{\int{\left(\frac{1}{3 \left(x - 3\right)} - \frac{1}{3 x}\right)d x}}}}{4}$$

項別に積分せよ:

$$\frac{\sqrt{2} {\color{red}{\int{\left(\frac{1}{3 \left(x - 3\right)} - \frac{1}{3 x}\right)d x}}}}{4} = \frac{\sqrt{2} {\color{red}{\left(- \int{\frac{1}{3 x} d x} + \int{\frac{1}{3 \left(x - 3\right)} d x}\right)}}}{4}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{3}$$$$$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x}$$$ に対して適用する:

$$\frac{\sqrt{2} \left(\int{\frac{1}{3 \left(x - 3\right)} d x} - {\color{red}{\int{\frac{1}{3 x} d x}}}\right)}{4} = \frac{\sqrt{2} \left(\int{\frac{1}{3 \left(x - 3\right)} d x} - {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{x} d x}}{3}\right)}}\right)}{4}$$

$$$\frac{1}{x}$$$ の不定積分は $$$\int{\frac{1}{x} d x} = \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}$$$ です:

$$\frac{\sqrt{2} \left(\int{\frac{1}{3 \left(x - 3\right)} d x} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{x} d x}}}}{3}\right)}{4} = \frac{\sqrt{2} \left(\int{\frac{1}{3 \left(x - 3\right)} d x} - \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}}}{3}\right)}{4}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{3}$$$$$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x - 3}$$$ に対して適用する:

$$\frac{\sqrt{2} \left(- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + {\color{red}{\int{\frac{1}{3 \left(x - 3\right)} d x}}}\right)}{4} = \frac{\sqrt{2} \left(- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{x - 3} d x}}{3}\right)}}\right)}{4}$$

$$$u=x - 3$$$ とする。

すると $$$du=\left(x - 3\right)^{\prime }dx = 1 dx$$$(手順は»で確認できます)、$$$dx = du$$$ となります。

この積分は次のように書き換えられる

$$\frac{\sqrt{2} \left(- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{x - 3} d x}}}}{3}\right)}{4} = \frac{\sqrt{2} \left(- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{3}\right)}{4}$$

$$$\frac{1}{u}$$$ の不定積分は $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$ です:

$$\frac{\sqrt{2} \left(- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{3}\right)}{4} = \frac{\sqrt{2} \left(- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{3}\right)}{4}$$

次のことを思い出してください $$$u=x - 3$$$:

$$\frac{\sqrt{2} \left(- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{3}\right)}{4} = \frac{\sqrt{2} \left(- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x - 3\right)}}}\right| \right)}}{3}\right)}{4}$$

したがって、

$$\int{\frac{\sqrt{2}}{4 x \left(x - 3\right)} d x} = \frac{\sqrt{2} \left(- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{\ln{\left(\left|{x - 3}\right| \right)}}{3}\right)}{4}$$

簡単化せよ:

$$\int{\frac{\sqrt{2}}{4 x \left(x - 3\right)} d x} = \frac{\sqrt{2} \left(- \ln{\left(\left|{x}\right| \right)} + \ln{\left(\left|{x - 3}\right| \right)}\right)}{12}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{\sqrt{2}}{4 x \left(x - 3\right)} d x} = \frac{\sqrt{2} \left(- \ln{\left(\left|{x}\right| \right)} + \ln{\left(\left|{x - 3}\right| \right)}\right)}{12}+C$$

解答

$$$\int \frac{\sqrt{2}}{4 x \left(x - 3\right)}\, dx = \frac{\sqrt{2} \left(- \ln\left(\left|{x}\right|\right) + \ln\left(\left|{x - 3}\right|\right)\right)}{12} + C$$$A


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