$$$e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}$$$の積分

$$$\int e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}\, d\theta$$$ を求めよ。

積分 $$$\int{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)} d \theta}$$$ には、部分積分法$$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$を用いてください。

$$$\operatorname{u}=\sin{\left(5 \theta \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{4 \theta} d\theta$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\sin{\left(5 \theta \right)}\right)^{\prime }d\theta=5 \cos{\left(5 \theta \right)} d\theta$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{4 \theta} d \theta}=\frac{e^{4 \theta}}{4}$$$（手順は»を参照）。

したがって、

$${\color{red}{\int{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)} d \theta}}}={\color{red}{\left(\sin{\left(5 \theta \right)} \cdot \frac{e^{4 \theta}}{4}-\int{\frac{e^{4 \theta}}{4} \cdot 5 \cos{\left(5 \theta \right)} d \theta}\right)}}={\color{red}{\left(\frac{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}}{4} - \int{\frac{5 e^{4 \theta} \cos{\left(5 \theta \right)}}{4} d \theta}\right)}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(\theta \right)}\, d\theta = c \int f{\left(\theta \right)}\, d\theta$$$ を、$$$c=\frac{5}{4}$$$ と $$$f{\left(\theta \right)} = e^{4 \theta} \cos{\left(5 \theta \right)}$$$ に対して適用する:

$$\frac{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}}{4} - {\color{red}{\int{\frac{5 e^{4 \theta} \cos{\left(5 \theta \right)}}{4} d \theta}}} = \frac{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}}{4} - {\color{red}{\left(\frac{5 \int{e^{4 \theta} \cos{\left(5 \theta \right)} d \theta}}{4}\right)}}$$

積分 $$$\int{e^{4 \theta} \cos{\left(5 \theta \right)} d \theta}$$$ には、部分積分法$$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$を用いてください。

$$$\operatorname{u}=\cos{\left(5 \theta \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{4 \theta} d\theta$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\cos{\left(5 \theta \right)}\right)^{\prime }d\theta=- 5 \sin{\left(5 \theta \right)} d\theta$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{4 \theta} d \theta}=\frac{e^{4 \theta}}{4}$$$（手順は»を参照）。

この積分は次のように書き換えられる

$$\frac{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}}{4} - \frac{5 {\color{red}{\int{e^{4 \theta} \cos{\left(5 \theta \right)} d \theta}}}}{4}=\frac{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}}{4} - \frac{5 {\color{red}{\left(\cos{\left(5 \theta \right)} \cdot \frac{e^{4 \theta}}{4}-\int{\frac{e^{4 \theta}}{4} \cdot \left(- 5 \sin{\left(5 \theta \right)}\right) d \theta}\right)}}}{4}=\frac{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}}{4} - \frac{5 {\color{red}{\left(\frac{e^{4 \theta} \cos{\left(5 \theta \right)}}{4} - \int{\left(- \frac{5 e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}}{4}\right)d \theta}\right)}}}{4}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(\theta \right)}\, d\theta = c \int f{\left(\theta \right)}\, d\theta$$$ を、$$$c=- \frac{5}{4}$$$ と $$$f{\left(\theta \right)} = e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}$$$ に対して適用する:

$$\frac{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}}{4} - \frac{5 e^{4 \theta} \cos{\left(5 \theta \right)}}{16} + \frac{5 {\color{red}{\int{\left(- \frac{5 e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}}{4}\right)d \theta}}}}{4} = \frac{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}}{4} - \frac{5 e^{4 \theta} \cos{\left(5 \theta \right)}}{16} + \frac{5 {\color{red}{\left(- \frac{5 \int{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)} d \theta}}{4}\right)}}}{4}$$

すでに見た積分に帰着しました。

したがって、積分に関する次の簡単な等式を得ました:

$$\int{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)} d \theta} = \frac{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}}{4} - \frac{5 e^{4 \theta} \cos{\left(5 \theta \right)}}{16} - \frac{25 \int{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)} d \theta}}{16}$$

これを解くと、次のようになります。

$$\int{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)} d \theta} = \frac{\left(4 \sin{\left(5 \theta \right)} - 5 \cos{\left(5 \theta \right)}\right) e^{4 \theta}}{41}$$

したがって、

$$\int{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)} d \theta} = \frac{\left(4 \sin{\left(5 \theta \right)} - 5 \cos{\left(5 \theta \right)}\right) e^{4 \theta}}{41}$$

積分定数を加える:

$$\int{e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)} d \theta} = \frac{\left(4 \sin{\left(5 \theta \right)} - 5 \cos{\left(5 \theta \right)}\right) e^{4 \theta}}{41}+C$$

$$$\int e^{4 \theta} \sin{\left(5 \theta \right)}\, d\theta = \frac{\left(4 \sin{\left(5 \theta \right)} - 5 \cos{\left(5 \theta \right)}\right) e^{4 \theta}}{41} + C$$$A