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

$$$\int \frac{x e^{- \frac{3 x}{4}}}{2}\, dx$$$ 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、$$$c=\frac{1}{2}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = x e^{- \frac{3 x}{4}}$$$ に対して適用する:

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

積分 $$$\int{x e^{- \frac{3 x}{4}} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=x$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{- \frac{3 x}{4}} dx$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(x\right)^{\prime }dx=1 dx$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{- \frac{3 x}{4}} d x}=- \frac{4 e^{- \frac{3 x}{4}}}{3}$$$（手順は»を参照）。

積分は次のようになります

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

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=- \frac{4}{3}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = e^{- \frac{3 x}{4}}$$$ に対して適用する:

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

$$$u=- \frac{3 x}{4}$$$ とする。

すると $$$du=\left(- \frac{3 x}{4}\right)^{\prime }dx = - \frac{3 dx}{4}$$$（手順は»で確認できます）、$$$dx = - \frac{4 du}{3}$$$ となります。

したがって、

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

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=- \frac{4}{3}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = e^{u}$$$ に対して適用する:

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

指数関数の積分は $$$\int{e^{u} d u} = e^{u}$$$です:

$$- \frac{2 x e^{- \frac{3 x}{4}}}{3} - \frac{8 {\color{red}{\int{e^{u} d u}}}}{9} = - \frac{2 x e^{- \frac{3 x}{4}}}{3} - \frac{8 {\color{red}{e^{u}}}}{9}$$

次のことを思い出してください $$$u=- \frac{3 x}{4}$$$:

$$- \frac{2 x e^{- \frac{3 x}{4}}}{3} - \frac{8 e^{{\color{red}{u}}}}{9} = - \frac{2 x e^{- \frac{3 x}{4}}}{3} - \frac{8 e^{{\color{red}{\left(- \frac{3 x}{4}\right)}}}}{9}$$

したがって、

$$\int{\frac{x e^{- \frac{3 x}{4}}}{2} d x} = - \frac{2 x e^{- \frac{3 x}{4}}}{3} - \frac{8 e^{- \frac{3 x}{4}}}{9}$$

簡単化せよ:

$$\int{\frac{x e^{- \frac{3 x}{4}}}{2} d x} = \frac{2 \left(- 3 x - 4\right) e^{- \frac{3 x}{4}}}{9}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{x e^{- \frac{3 x}{4}}}{2} d x} = \frac{2 \left(- 3 x - 4\right) e^{- \frac{3 x}{4}}}{9}+C$$

$$$\int \frac{x e^{- \frac{3 x}{4}}}{2}\, dx = \frac{2 \left(- 3 x - 4\right) e^{- \frac{3 x}{4}}}{9} + C$$$A