$$$\frac{\cos{\left(\frac{1}{x} \right)}}{x^{3}}$$$の積分

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

$$$u=\frac{1}{x}$$$ とする。

すると $$$du=\left(\frac{1}{x}\right)^{\prime }dx = - \frac{1}{x^{2}} dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$\frac{dx}{x^{2}} = - du$$$ となります。

この積分は次のように書き換えられる

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

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

$${\color{red}{\int{\left(- u \cos{\left(u \right)}\right)d u}}} = {\color{red}{\left(- \int{u \cos{\left(u \right)} d u}\right)}}$$

積分 $$$\int{u \cos{\left(u \right)} d u}$$$ には、部分積分法$$$\int \operatorname{\kappa} \operatorname{dv} = \operatorname{\kappa}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{d\kappa}$$$を用いてください。

$$$\operatorname{\kappa}=u$$$ と $$$\operatorname{dv}=\cos{\left(u \right)} du$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{d\kappa}=\left(u\right)^{\prime }du=1 du$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{\cos{\left(u \right)} d u}=\sin{\left(u \right)}$$$（手順は»を参照）。

したがって、

$$- {\color{red}{\int{u \cos{\left(u \right)} d u}}}=- {\color{red}{\left(u \cdot \sin{\left(u \right)}-\int{\sin{\left(u \right)} \cdot 1 d u}\right)}}=- {\color{red}{\left(u \sin{\left(u \right)} - \int{\sin{\left(u \right)} d u}\right)}}$$

正弦関数の不定積分は$$$\int{\sin{\left(u \right)} d u} = - \cos{\left(u \right)}$$$です:

$$- u \sin{\left(u \right)} + {\color{red}{\int{\sin{\left(u \right)} d u}}} = - u \sin{\left(u \right)} + {\color{red}{\left(- \cos{\left(u \right)}\right)}}$$

次のことを思い出してください $$$u=\frac{1}{x}$$$:

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

したがって、

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

積分定数を加える:

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

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