$$$\frac{1}{2 - x^{2}}$$$の積分

この計算機は、手順を示しながら$$$\frac{1}{2 - x^{2}}$$$の不定積分(原始関数)を求めます。

関連する計算機: 定積分・広義積分計算機

$$$dx$$$$$$dy$$$ などの微分記号を使わずに書いてください。
自動検出のため、空欄のままにしてください。

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入力内容

$$$\int \frac{1}{2 - x^{2}}\, dx$$$ を求めよ。

解答

部分分数分解を行う (手順は»で確認できます):

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

項別に積分せよ:

$${\color{red}{\int{\left(\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x + \sqrt{2}\right)} - \frac{\sqrt{2}}{4 \left(x - \sqrt{2}\right)}\right)d x}}} = {\color{red}{\left(- \int{\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x - \sqrt{2}\right)} d x} + \int{\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x + \sqrt{2}\right)} d x}\right)}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{\sqrt{2}}{4}$$$$$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x - \sqrt{2}}$$$ に対して適用する:

$$\int{\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x + \sqrt{2}\right)} d x} - {\color{red}{\int{\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x - \sqrt{2}\right)} d x}}} = \int{\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x + \sqrt{2}\right)} d x} - {\color{red}{\left(\frac{\sqrt{2} \int{\frac{1}{x - \sqrt{2}} d x}}{4}\right)}}$$

$$$u=x - \sqrt{2}$$$ とする。

すると $$$du=\left(x - \sqrt{2}\right)^{\prime }dx = 1 dx$$$(手順は»で確認できます)、$$$dx = du$$$ となります。

したがって、

$$\int{\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x + \sqrt{2}\right)} d x} - \frac{\sqrt{2} {\color{red}{\int{\frac{1}{x - \sqrt{2}} d x}}}}{4} = \int{\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x + \sqrt{2}\right)} d x} - \frac{\sqrt{2} {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{4}$$

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

$$\int{\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x + \sqrt{2}\right)} d x} - \frac{\sqrt{2} {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{4} = \int{\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x + \sqrt{2}\right)} d x} - \frac{\sqrt{2} {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{4}$$

次のことを思い出してください $$$u=x - \sqrt{2}$$$:

$$- \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{4} + \int{\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x + \sqrt{2}\right)} d x} = - \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x - \sqrt{2}\right)}}}\right| \right)}}{4} + \int{\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x + \sqrt{2}\right)} d x}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{\sqrt{2}}{4}$$$$$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x + \sqrt{2}}$$$ に対して適用する:

$$- \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{x - \sqrt{2}}\right| \right)}}{4} + {\color{red}{\int{\frac{\sqrt{2}}{4 \left(x + \sqrt{2}\right)} d x}}} = - \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{x - \sqrt{2}}\right| \right)}}{4} + {\color{red}{\left(\frac{\sqrt{2} \int{\frac{1}{x + \sqrt{2}} d x}}{4}\right)}}$$

$$$u=x + \sqrt{2}$$$ とする。

すると $$$du=\left(x + \sqrt{2}\right)^{\prime }dx = 1 dx$$$(手順は»で確認できます)、$$$dx = du$$$ となります。

積分は次のようになります

$$- \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{x - \sqrt{2}}\right| \right)}}{4} + \frac{\sqrt{2} {\color{red}{\int{\frac{1}{x + \sqrt{2}} d x}}}}{4} = - \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{x - \sqrt{2}}\right| \right)}}{4} + \frac{\sqrt{2} {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{4}$$

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

$$- \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{x - \sqrt{2}}\right| \right)}}{4} + \frac{\sqrt{2} {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{4} = - \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{x - \sqrt{2}}\right| \right)}}{4} + \frac{\sqrt{2} {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{4}$$

次のことを思い出してください $$$u=x + \sqrt{2}$$$:

$$- \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{x - \sqrt{2}}\right| \right)}}{4} + \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{4} = - \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{x - \sqrt{2}}\right| \right)}}{4} + \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x + \sqrt{2}\right)}}}\right| \right)}}{4}$$

したがって、

$$\int{\frac{1}{2 - x^{2}} d x} = - \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{x - \sqrt{2}}\right| \right)}}{4} + \frac{\sqrt{2} \ln{\left(\left|{x + \sqrt{2}}\right| \right)}}{4}$$

簡単化せよ:

$$\int{\frac{1}{2 - x^{2}} d x} = \frac{\sqrt{2} \left(- \ln{\left(\left|{x - \sqrt{2}}\right| \right)} + \ln{\left(\left|{x + \sqrt{2}}\right| \right)}\right)}{4}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{1}{2 - x^{2}} d x} = \frac{\sqrt{2} \left(- \ln{\left(\left|{x - \sqrt{2}}\right| \right)} + \ln{\left(\left|{x + \sqrt{2}}\right| \right)}\right)}{4}+C$$

解答

$$$\int \frac{1}{2 - x^{2}}\, dx = \frac{\sqrt{2} \left(- \ln\left(\left|{x - \sqrt{2}}\right|\right) + \ln\left(\left|{x + \sqrt{2}}\right|\right)\right)}{4} + C$$$A


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