$$$\frac{x^{3}}{\left(1 - x^{4}\right)^{2}}$$$の積分

$$$\int \frac{x^{3}}{\left(1 - x^{4}\right)^{2}}\, dx$$$ を求めよ。

$$$u=1 - x^{4}$$$ とする。

すると $$$du=\left(1 - x^{4}\right)^{\prime }dx = - 4 x^{3} dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$x^{3} dx = - \frac{du}{4}$$$ となります。

この積分は次のように書き換えられる

$${\color{red}{\int{\frac{x^{3}}{\left(1 - x^{4}\right)^{2}} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{4 u^{2}}\right)d u}}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=- \frac{1}{4}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u^{2}}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{4 u^{2}}\right)d u}}} = {\color{red}{\left(- \frac{\int{\frac{1}{u^{2}} d u}}{4}\right)}}$$

$$$n=-2$$$ を用いて、べき乗の法則 $$$\int u^{n}\, du = \frac{u^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ を適用します:

$$- \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u^{2}} d u}}}}{4}=- \frac{{\color{red}{\int{u^{-2} d u}}}}{4}=- \frac{{\color{red}{\frac{u^{-2 + 1}}{-2 + 1}}}}{4}=- \frac{{\color{red}{\left(- u^{-1}\right)}}}{4}=- \frac{{\color{red}{\left(- \frac{1}{u}\right)}}}{4}$$

次のことを思い出してください $$$u=1 - x^{4}$$$:

$$\frac{{\color{red}{u}}^{-1}}{4} = \frac{{\color{red}{\left(1 - x^{4}\right)}}^{-1}}{4}$$

したがって、

$$\int{\frac{x^{3}}{\left(1 - x^{4}\right)^{2}} d x} = \frac{1}{4 \left(1 - x^{4}\right)}$$

簡単化せよ:

$$\int{\frac{x^{3}}{\left(1 - x^{4}\right)^{2}} d x} = - \frac{1}{4 x^{4} - 4}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{x^{3}}{\left(1 - x^{4}\right)^{2}} d x} = - \frac{1}{4 x^{4} - 4}+C$$

$$$\int \frac{x^{3}}{\left(1 - x^{4}\right)^{2}}\, dx = - \frac{1}{4 x^{4} - 4} + C$$$A