$$$\frac{x}{1 - x}$$$の積分

$$$\int \frac{x}{1 - x}\, dx$$$ を求めよ。

被積分関数の分子を$$$x=-1\left(1 - x\right)+1$$$として書き換え、分数を分解する:

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

項別に積分せよ:

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

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

$$\int{\frac{1}{1 - x} d x} - {\color{red}{\int{1 d x}}} = \int{\frac{1}{1 - x} d x} - {\color{red}{x}}$$

$$$u=1 - x$$$ とする。

すると $$$du=\left(1 - x\right)^{\prime }dx = - dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$dx = - du$$$ となります。

この積分は次のように書き換えられる

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

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

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

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

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

次のことを思い出してください $$$u=1 - x$$$:

$$- x - \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} = - x - \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(1 - x\right)}}}\right| \right)}$$

したがって、

$$\int{\frac{x}{1 - x} d x} = - x - \ln{\left(\left|{x - 1}\right| \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{x}{1 - x} d x} = - x - \ln{\left(\left|{x - 1}\right| \right)}+C$$

$$$\int \frac{x}{1 - x}\, dx = \left(- x - \ln\left(\left|{x - 1}\right|\right)\right) + C$$$A