$$$\frac{\ln\left(\ln\left(x\right)\right)}{x \ln\left(x\right)}$$$の積分

$$$\int \frac{\ln\left(\ln\left(x\right)\right)}{x \ln\left(x\right)}\, dx$$$ を求めよ。

$$$u=\ln{\left(x \right)}$$$ とする。

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

積分は次のようになります

$${\color{red}{\int{\frac{\ln{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}}{x \ln{\left(x \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\ln{\left(u \right)}}{u} d u}}}$$

$$$v=\ln{\left(u \right)}$$$ とする。

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

積分は次のようになります

$${\color{red}{\int{\frac{\ln{\left(u \right)}}{u} d u}}} = {\color{red}{\int{v d v}}}$$

$$$n=1$$$ を用いて、べき乗の法則 $$$\int v^{n}\, dv = \frac{v^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ を適用します:

$${\color{red}{\int{v d v}}}={\color{red}{\frac{v^{1 + 1}}{1 + 1}}}={\color{red}{\left(\frac{v^{2}}{2}\right)}}$$

次のことを思い出してください $$$v=\ln{\left(u \right)}$$$:

$$\frac{{\color{red}{v}}^{2}}{2} = \frac{{\color{red}{\ln{\left(u \right)}}}^{2}}{2}$$

次のことを思い出してください $$$u=\ln{\left(x \right)}$$$:

$$\frac{\ln{\left({\color{red}{u}} \right)}^{2}}{2} = \frac{\ln{\left({\color{red}{\ln{\left(x \right)}}} \right)}^{2}}{2}$$

したがって、

$$\int{\frac{\ln{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}}{x \ln{\left(x \right)}} d x} = \frac{\ln{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}^{2}}{2}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{\ln{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}}{x \ln{\left(x \right)}} d x} = \frac{\ln{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}^{2}}{2}+C$$

$$$\int \frac{\ln\left(\ln\left(x\right)\right)}{x \ln\left(x\right)}\, dx = \frac{\ln^{2}\left(\ln\left(x\right)\right)}{2} + C$$$A