$$$x e^{3} \cos{\left(x e^{3} \right)}$$$の積分

$$$\int x e^{3} \cos{\left(x e^{3} \right)}\, dx$$$ を求めよ。

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

$${\color{red}{\int{x e^{3} \cos{\left(x e^{3} \right)} d x}}} = {\color{red}{e^{3} \int{x \cos{\left(x e^{3} \right)} d x}}}$$

積分 $$$\int{x \cos{\left(x e^{3} \right)} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=x$$$ と $$$\operatorname{dv}=\cos{\left(x e^{3} \right)} dx$$$ とする。

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

したがって、

$$e^{3} {\color{red}{\int{x \cos{\left(x e^{3} \right)} d x}}}=e^{3} {\color{red}{\left(x \cdot \frac{\sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}}-\int{\frac{\sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} \cdot 1 d x}\right)}}=e^{3} {\color{red}{\left(\frac{x \sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} - \int{\frac{\sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} d x}\right)}}$$

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

$$e^{3} \left(\frac{x \sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} - {\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} d x}}}\right) = e^{3} \left(\frac{x \sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} - {\color{red}{\frac{\int{\sin{\left(x e^{3} \right)} d x}}{e^{3}}}}\right)$$

$$$u=x e^{3}$$$ とする。

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

積分は次のようになります

$$e^{3} \left(\frac{x \sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} - \frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(x e^{3} \right)} d x}}}}{e^{3}}\right) = e^{3} \left(\frac{x \sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(u \right)}}{e^{3}} d u}}}}{e^{3}}\right)$$

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

$$e^{3} \left(\frac{x \sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(u \right)}}{e^{3}} d u}}}}{e^{3}}\right) = e^{3} \left(\frac{x \sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} - \frac{{\color{red}{\frac{\int{\sin{\left(u \right)} d u}}{e^{3}}}}}{e^{3}}\right)$$

正弦関数の不定積分は$$$\int{\sin{\left(u \right)} d u} = - \cos{\left(u \right)}$$$です:

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

次のことを思い出してください $$$u=x e^{3}$$$:

$$e^{3} \left(\frac{x \sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} + \frac{\cos{\left({\color{red}{u}} \right)}}{e^{6}}\right) = e^{3} \left(\frac{x \sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} + \frac{\cos{\left({\color{red}{x e^{3}}} \right)}}{e^{6}}\right)$$

したがって、

$$\int{x e^{3} \cos{\left(x e^{3} \right)} d x} = \left(\frac{x \sin{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}} + \frac{\cos{\left(x e^{3} \right)}}{e^{6}}\right) e^{3}$$

簡単化せよ:

$$\int{x e^{3} \cos{\left(x e^{3} \right)} d x} = x \sin{\left(x e^{3} \right)} + \frac{\cos{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}}$$

積分定数を加える:

$$\int{x e^{3} \cos{\left(x e^{3} \right)} d x} = x \sin{\left(x e^{3} \right)} + \frac{\cos{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}}+C$$

$$$\int x e^{3} \cos{\left(x e^{3} \right)}\, dx = \left(x \sin{\left(x e^{3} \right)} + \frac{\cos{\left(x e^{3} \right)}}{e^{3}}\right) + C$$$A