$$$\frac{x + 3}{x - 3}$$$の積分

$$$\int \frac{x + 3}{x - 3}\, dx$$$ を求めよ。

$$$u=x - 3$$$ 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。

積分は次のようになります

$${\color{red}{\int{\frac{x + 3}{x - 3} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{u + 6}{u} d u}}}$$

Expand the expression:

$${\color{red}{\int{\frac{u + 6}{u} d u}}} = {\color{red}{\int{\left(1 + \frac{6}{u}\right)d u}}}$$

項別に積分せよ:

$${\color{red}{\int{\left(1 + \frac{6}{u}\right)d u}}} = {\color{red}{\left(\int{1 d u} + \int{\frac{6}{u} d u}\right)}}$$

$$$c=1$$$ に対して定数則 $$$\int c\, du = c u$$$ を適用する:

$$\int{\frac{6}{u} d u} + {\color{red}{\int{1 d u}}} = \int{\frac{6}{u} d u} + {\color{red}{u}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=6$$$ と $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u}$$$ に対して適用する:

$$u + {\color{red}{\int{\frac{6}{u} d u}}} = u + {\color{red}{\left(6 \int{\frac{1}{u} d u}\right)}}$$

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

$$u + 6 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}} = u + 6 {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}$$

次のことを思い出してください $$$u=x - 3$$$:

$$6 \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} + {\color{red}{u}} = 6 \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x - 3\right)}}}\right| \right)} + {\color{red}{\left(x - 3\right)}}$$

したがって、

$$\int{\frac{x + 3}{x - 3} d x} = x + 6 \ln{\left(\left|{x - 3}\right| \right)} - 3$$

積分定数を加える（式から定数を取り除く）：

$$\int{\frac{x + 3}{x - 3} d x} = x + 6 \ln{\left(\left|{x - 3}\right| \right)}+C$$

$$$\int \frac{x + 3}{x - 3}\, dx = \left(x + 6 \ln\left(\left|{x - 3}\right|\right)\right) + C$$$A