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

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

入力は次のように書き換えられます: $$$\int{\left(- \frac{x^{2} \left(3 - \frac{1}{x^{2}}\right)}{3}\right)d x}=\int{x^{2} \left(-1 + \frac{1}{3 x^{2}}\right) d x}$$$。

被積分関数を簡単化する:

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

項別に積分せよ:

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

$$$c=\frac{1}{3}$$$ に対して定数則 $$$\int c\, dx = c x$$$ を適用する:

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

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

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

したがって、

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

簡単化せよ:

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

積分定数を加える:

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

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