$$$\frac{e^{- t^{2} x^{2}}}{t^{2}}$$$ の $$$x$$$ に関する積分

$$$\int \frac{e^{- t^{2} x^{2}}}{t^{2}}\, dx$$$ を求めよ。

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

$${\color{red}{\int{\frac{e^{- t^{2} x^{2}}}{t^{2}} d x}}} = {\color{red}{\frac{\int{e^{- t^{2} x^{2}} d x}}{t^{2}}}}$$

$$$u=x \left|{t}\right|$$$ とする。

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

したがって、

$$\frac{{\color{red}{\int{e^{- t^{2} x^{2}} d x}}}}{t^{2}} = \frac{{\color{red}{\int{\frac{e^{- u^{2}}}{\left|{t}\right|} d u}}}}{t^{2}}$$

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

$$\frac{{\color{red}{\int{\frac{e^{- u^{2}}}{\left|{t}\right|} d u}}}}{t^{2}} = \frac{{\color{red}{\frac{\int{e^{- u^{2}} d u}}{\left|{t}\right|}}}}{t^{2}}$$

この積分（誤差関数）には閉形式はありません:

$$\frac{{\color{red}{\int{e^{- u^{2}} d u}}}}{t^{2} \left|{t}\right|} = \frac{{\color{red}{\left(\frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left(u \right)}}{2}\right)}}}{t^{2} \left|{t}\right|}$$

次のことを思い出してください $$$u=x \left|{t}\right|$$$:

$$\frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left({\color{red}{u}} \right)}}{2 t^{2} \left|{t}\right|} = \frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left({\color{red}{x \left|{t}\right|}} \right)}}{2 t^{2} \left|{t}\right|}$$

したがって、

$$\int{\frac{e^{- t^{2} x^{2}}}{t^{2}} d x} = \frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left(x \left|{t}\right| \right)}}{2 t^{2} \left|{t}\right|}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{e^{- t^{2} x^{2}}}{t^{2}} d x} = \frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left(x \left|{t}\right| \right)}}{2 t^{2} \left|{t}\right|}+C$$

$$$\int \frac{e^{- t^{2} x^{2}}}{t^{2}}\, dx = \frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left(x \left|{t}\right| \right)}}{2 t^{2} \left|{t}\right|} + C$$$A