$$$\frac{5 x^{3} \sin{\left(\frac{3 x^{2}}{5} \right)}}{3}$$$の積分

$$$\int \frac{5 x^{3} \sin{\left(\frac{3 x^{2}}{5} \right)}}{3}\, dx$$$ を求めよ。

$$$u=x^{2}$$$ とする。

すると $$$du=\left(x^{2}\right)^{\prime }dx = 2 x dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$x dx = \frac{du}{2}$$$ となります。

したがって、

$${\color{red}{\int{\frac{5 x^{3} \sin{\left(\frac{3 x^{2}}{5} \right)}}{3} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{5 u \sin{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{6} d u}}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{5}{6}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = u \sin{\left(\frac{3 u}{5} \right)}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{\frac{5 u \sin{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{6} d u}}} = {\color{red}{\left(\frac{5 \int{u \sin{\left(\frac{3 u}{5} \right)} d u}}{6}\right)}}$$

積分 $$$\int{u \sin{\left(\frac{3 u}{5} \right)} d u}$$$ には、部分積分法$$$\int \operatorname{t} \operatorname{dv} = \operatorname{t}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{dt}$$$を用いてください。

$$$\operatorname{t}=u$$$ と $$$\operatorname{dv}=\sin{\left(\frac{3 u}{5} \right)} du$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{dt}=\left(u\right)^{\prime }du=1 du$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{\sin{\left(\frac{3 u}{5} \right)} d u}=- \frac{5 \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{3}$$$（手順は»を参照）。

積分は次のようになります

$$\frac{5 {\color{red}{\int{u \sin{\left(\frac{3 u}{5} \right)} d u}}}}{6}=\frac{5 {\color{red}{\left(u \cdot \left(- \frac{5 \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{3}\right)-\int{\left(- \frac{5 \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{3}\right) \cdot 1 d u}\right)}}}{6}=\frac{5 {\color{red}{\left(- \frac{5 u \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{3} - \int{\left(- \frac{5 \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{3}\right)d u}\right)}}}{6}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=- \frac{5}{3}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}$$$ に対して適用する:

$$- \frac{25 u \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{18} - \frac{5 {\color{red}{\int{\left(- \frac{5 \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{3}\right)d u}}}}{6} = - \frac{25 u \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{18} - \frac{5 {\color{red}{\left(- \frac{5 \int{\cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)} d u}}{3}\right)}}}{6}$$

$$$v=\frac{3 u}{5}$$$ とする。

すると $$$dv=\left(\frac{3 u}{5}\right)^{\prime }du = \frac{3 du}{5}$$$（手順は»で確認できます）、$$$du = \frac{5 dv}{3}$$$ となります。

したがって、

$$- \frac{25 u \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{18} + \frac{25 {\color{red}{\int{\cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)} d u}}}}{18} = - \frac{25 u \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{18} + \frac{25 {\color{red}{\int{\frac{5 \cos{\left(v \right)}}{3} d v}}}}{18}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$ を、$$$c=\frac{5}{3}$$$ と $$$f{\left(v \right)} = \cos{\left(v \right)}$$$ に対して適用する:

$$- \frac{25 u \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{18} + \frac{25 {\color{red}{\int{\frac{5 \cos{\left(v \right)}}{3} d v}}}}{18} = - \frac{25 u \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{18} + \frac{25 {\color{red}{\left(\frac{5 \int{\cos{\left(v \right)} d v}}{3}\right)}}}{18}$$

余弦の積分は$$$\int{\cos{\left(v \right)} d v} = \sin{\left(v \right)}$$$:

$$- \frac{25 u \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{18} + \frac{125 {\color{red}{\int{\cos{\left(v \right)} d v}}}}{54} = - \frac{25 u \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{18} + \frac{125 {\color{red}{\sin{\left(v \right)}}}}{54}$$

次のことを思い出してください $$$v=\frac{3 u}{5}$$$:

$$- \frac{25 u \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{18} + \frac{125 \sin{\left({\color{red}{v}} \right)}}{54} = - \frac{25 u \cos{\left(\frac{3 u}{5} \right)}}{18} + \frac{125 \sin{\left({\color{red}{\left(\frac{3 u}{5}\right)}} \right)}}{54}$$

次のことを思い出してください $$$u=x^{2}$$$:

$$\frac{125 \sin{\left(\frac{3 {\color{red}{u}}}{5} \right)}}{54} - \frac{25 {\color{red}{u}} \cos{\left(\frac{3 {\color{red}{u}}}{5} \right)}}{18} = \frac{125 \sin{\left(\frac{3 {\color{red}{x^{2}}}}{5} \right)}}{54} - \frac{25 {\color{red}{x^{2}}} \cos{\left(\frac{3 {\color{red}{x^{2}}}}{5} \right)}}{18}$$

したがって、

$$\int{\frac{5 x^{3} \sin{\left(\frac{3 x^{2}}{5} \right)}}{3} d x} = - \frac{25 x^{2} \cos{\left(\frac{3 x^{2}}{5} \right)}}{18} + \frac{125 \sin{\left(\frac{3 x^{2}}{5} \right)}}{54}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{5 x^{3} \sin{\left(\frac{3 x^{2}}{5} \right)}}{3} d x} = - \frac{25 x^{2} \cos{\left(\frac{3 x^{2}}{5} \right)}}{18} + \frac{125 \sin{\left(\frac{3 x^{2}}{5} \right)}}{54}+C$$

$$$\int \frac{5 x^{3} \sin{\left(\frac{3 x^{2}}{5} \right)}}{3}\, dx = \left(- \frac{25 x^{2} \cos{\left(\frac{3 x^{2}}{5} \right)}}{18} + \frac{125 \sin{\left(\frac{3 x^{2}}{5} \right)}}{54}\right) + C$$$A