$$$\frac{\sqrt{2} r}{2 \left(- a + r\right)}$$$ の $$$r$$$ に関する積分

$$$\int \frac{\sqrt{2} r}{2 \left(- a + r\right)}\, dr$$$ を求めよ。

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

$${\color{red}{\int{\frac{\sqrt{2} r}{2 \left(- a + r\right)} d r}}} = {\color{red}{\left(\frac{\sqrt{2} \int{\frac{r}{- a + r} d r}}{2}\right)}}$$

分数を変形して分解する:

$$\frac{\sqrt{2} {\color{red}{\int{\frac{r}{- a + r} d r}}}}{2} = \frac{\sqrt{2} {\color{red}{\int{\left(\frac{a}{- a + r} + 1\right)d r}}}}{2}$$

項別に積分せよ:

$$\frac{\sqrt{2} {\color{red}{\int{\left(\frac{a}{- a + r} + 1\right)d r}}}}{2} = \frac{\sqrt{2} {\color{red}{\left(\int{1 d r} + \int{\frac{a}{- a + r} d r}\right)}}}{2}$$

$$$c=1$$$ に対して定数則 $$$\int c\, dr = c r$$$ を適用する:

$$\frac{\sqrt{2} \left(\int{\frac{a}{- a + r} d r} + {\color{red}{\int{1 d r}}}\right)}{2} = \frac{\sqrt{2} \left(\int{\frac{a}{- a + r} d r} + {\color{red}{r}}\right)}{2}$$

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

$$\frac{\sqrt{2} \left(r + {\color{red}{\int{\frac{a}{- a + r} d r}}}\right)}{2} = \frac{\sqrt{2} \left(r + {\color{red}{a \int{\frac{1}{- a + r} d r}}}\right)}{2}$$

$$$u=- a + r$$$ とする。

すると $$$du=\left(- a + r\right)^{\prime }dr = 1 dr$$$（手順は»で確認できます）、$$$dr = du$$$ となります。

したがって、

$$\frac{\sqrt{2} \left(a {\color{red}{\int{\frac{1}{- a + r} d r}}} + r\right)}{2} = \frac{\sqrt{2} \left(a {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}} + r\right)}{2}$$

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

$$\frac{\sqrt{2} \left(a {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}} + r\right)}{2} = \frac{\sqrt{2} \left(a {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}} + r\right)}{2}$$

次のことを思い出してください $$$u=- a + r$$$:

$$\frac{\sqrt{2} \left(a \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} + r\right)}{2} = \frac{\sqrt{2} \left(a \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(- a + r\right)}}}\right| \right)} + r\right)}{2}$$

したがって、

$$\int{\frac{\sqrt{2} r}{2 \left(- a + r\right)} d r} = \frac{\sqrt{2} \left(a \ln{\left(\left|{a - r}\right| \right)} + r\right)}{2}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{\sqrt{2} r}{2 \left(- a + r\right)} d r} = \frac{\sqrt{2} \left(a \ln{\left(\left|{a - r}\right| \right)} + r\right)}{2}+C$$

$$$\int \frac{\sqrt{2} r}{2 \left(- a + r\right)}\, dr = \frac{\sqrt{2} \left(a \ln\left(\left|{a - r}\right|\right) + r\right)}{2} + C$$$A