$$$\frac{3 x^{4}}{- 2 x^{4} + x^{3}}$$$の積分

$$$\int \frac{3 x^{4}}{- 2 x^{4} + x^{3}}\, dx$$$ を求めよ。

被積分関数を簡単化する:

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

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=-3$$$ と $$$f{\left(x \right)} = \frac{x}{2 x - 1}$$$ に対して適用する:

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

被積分関数の分子を$$$x=\frac{1}{2}\left(2 x - 1\right)+\frac{1}{2}$$$として書き換え、分数を分解する:

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

項別に積分せよ:

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

$$$c=\frac{1}{2}$$$ に対して定数則 $$$\int c\, dx = c x$$$ を適用する:

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

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

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

$$$u=2 x - 1$$$ とする。

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

したがって、

$$- \frac{3 x}{2} - \frac{3 {\color{red}{\int{\frac{1}{2 x - 1} d x}}}}{2} = - \frac{3 x}{2} - \frac{3 {\color{red}{\int{\frac{1}{2 u} d u}}}}{2}$$

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

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

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

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

次のことを思い出してください $$$u=2 x - 1$$$:

$$- \frac{3 x}{2} - \frac{3 \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{4} = - \frac{3 x}{2} - \frac{3 \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(2 x - 1\right)}}}\right| \right)}}{4}$$

したがって、

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

簡単化せよ:

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

積分定数を加える:

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

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