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$$$\frac{x^{15} \ln\left(x^{16}\right)}{16}$$$の積分
入力内容
$$$\int \frac{x^{15} \ln\left(x^{16}\right)}{16}\, dx$$$ を求めよ。
解答
入力は次のように書き換えられます: $$$\int{\frac{x^{15} \ln{\left(x^{16} \right)}}{16} d x}=\int{x^{15} \ln{\left(x \right)} d x}$$$。
積分 $$$\int{x^{15} \ln{\left(x \right)} d x}$$$ には、部分積分法$$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$を用いてください。
$$$\operatorname{u}=\ln{\left(x \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=x^{15} dx$$$ とする。
したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\ln{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx=\frac{dx}{x}$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{x^{15} d x}=\frac{x^{16}}{16}$$$（手順は»を参照）。
したがって、
$${\color{red}{\int{x^{15} \ln{\left(x \right)} d x}}}={\color{red}{\left(\ln{\left(x \right)} \cdot \frac{x^{16}}{16}-\int{\frac{x^{16}}{16} \cdot \frac{1}{x} d x}\right)}}={\color{red}{\left(\frac{x^{16} \ln{\left(x \right)}}{16} - \int{\frac{x^{15}}{16} d x}\right)}}$$
定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{16}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = x^{15}$$$ に対して適用する:
$$\frac{x^{16} \ln{\left(x \right)}}{16} - {\color{red}{\int{\frac{x^{15}}{16} d x}}} = \frac{x^{16} \ln{\left(x \right)}}{16} - {\color{red}{\left(\frac{\int{x^{15} d x}}{16}\right)}}$$
$$$n=15$$$ 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:
$$\frac{x^{16} \ln{\left(x \right)}}{16} - \frac{{\color{red}{\int{x^{15} d x}}}}{16}=\frac{x^{16} \ln{\left(x \right)}}{16} - \frac{{\color{red}{\frac{x^{1 + 15}}{1 + 15}}}}{16}=\frac{x^{16} \ln{\left(x \right)}}{16} - \frac{{\color{red}{\left(\frac{x^{16}}{16}\right)}}}{16}$$
したがって、
$$\int{x^{15} \ln{\left(x \right)} d x} = \frac{x^{16} \ln{\left(x \right)}}{16} - \frac{x^{16}}{256}$$
簡単化せよ:
$$\int{x^{15} \ln{\left(x \right)} d x} = \frac{x^{16} \left(16 \ln{\left(x \right)} - 1\right)}{256}$$
積分定数を加える:
$$\int{x^{15} \ln{\left(x \right)} d x} = \frac{x^{16} \left(16 \ln{\left(x \right)} - 1\right)}{256}+C$$
解答
$$$\int \frac{x^{15} \ln\left(x^{16}\right)}{16}\, dx = \frac{x^{16} \left(16 \ln\left(x\right) - 1\right)}{256} + C$$$A