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

この計算機は、手順を示しながら$$$\frac{\left(x - 4\right) \left(x - 2\right) \left(x - 1\right)}{x - 3}$$$の不定積分(原始関数)を求めます。

関連する計算機: 定積分・広義積分計算機

$$$dx$$$$$$dy$$$ などの微分記号を使わずに書いてください。
自動検出のため、空欄のままにしてください。

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入力内容

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

解答

$$$u=x - 3$$$ 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。

この積分は次のように書き換えられる

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

Expand the expression:

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

項別に積分せよ:

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

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

$$- \int{\frac{2}{u} d u} + \int{2 u d u} + \int{u^{2} d u} - {\color{red}{\int{1 d u}}} = - \int{\frac{2}{u} d u} + \int{2 u d u} + \int{u^{2} d u} - {\color{red}{u}}$$

$$$n=2$$$ 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:

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

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

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

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

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

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

$$\frac{u^{3}}{3} - u - 2 \ln{\left(\left|{u}\right| \right)} + {\color{red}{\int{2 u d u}}} = \frac{u^{3}}{3} - u - 2 \ln{\left(\left|{u}\right| \right)} + {\color{red}{\left(2 \int{u d u}\right)}}$$

$$$n=1$$$ 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:

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

次のことを思い出してください $$$u=x - 3$$$:

$$- 2 \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} - {\color{red}{u}} + {\color{red}{u}}^{2} + \frac{{\color{red}{u}}^{3}}{3} = - 2 \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x - 3\right)}}}\right| \right)} - {\color{red}{\left(x - 3\right)}} + {\color{red}{\left(x - 3\right)}}^{2} + \frac{{\color{red}{\left(x - 3\right)}}^{3}}{3}$$

したがって、

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

簡単化せよ:

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

積分定数を加える(式から定数を取り除く):

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

解答

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


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