$$$\frac{1}{\sqrt{4 - 9 x^{2}}}$$$の積分

$$$\int \frac{1}{\sqrt{4 - 9 x^{2}}}\, dx$$$ を求めよ。

$$$x=\frac{2 \sin{\left(u \right)}}{3}$$$ とする。

すると $$$dx=\left(\frac{2 \sin{\left(u \right)}}{3}\right)^{\prime }du = \frac{2 \cos{\left(u \right)}}{3} du$$$ (手順は»で確認できます)。

また、$$$u=\operatorname{asin}{\left(\frac{3 x}{2} \right)}$$$が成り立つ。

したがって、

$$$\frac{1}{\sqrt{4 - 9 x^{2}}} = \frac{1}{\sqrt{4 - 4 \sin^{2}{\left( u \right)}}}$$$

恒等式 $$$1 - \sin^{2}{\left( u \right)} = \cos^{2}{\left( u \right)}$$$ を用いよ:

$$$\frac{1}{\sqrt{4 - 4 \sin^{2}{\left( u \right)}}}=\frac{1}{2 \sqrt{1 - \sin^{2}{\left( u \right)}}}=\frac{1}{2 \sqrt{\cos^{2}{\left( u \right)}}}$$$

$$$\cos{\left( u \right)} \ge 0$$$ を仮定すると、以下が得られる:

$$$\frac{1}{2 \sqrt{\cos^{2}{\left( u \right)}}} = \frac{1}{2 \cos{\left( u \right)}}$$$

積分は以下のように書き換えられる

$${\color{red}{\int{\frac{1}{\sqrt{4 - 9 x^{2}}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{1}{3} d u}}}$$

$$$c=\frac{1}{3}$$$ に対して定数則 $$$\int c\, du = c u$$$ を適用する:

$${\color{red}{\int{\frac{1}{3} d u}}} = {\color{red}{\left(\frac{u}{3}\right)}}$$

次のことを思い出してください $$$u=\operatorname{asin}{\left(\frac{3 x}{2} \right)}$$$:

$$\frac{{\color{red}{u}}}{3} = \frac{{\color{red}{\operatorname{asin}{\left(\frac{3 x}{2} \right)}}}}{3}$$

したがって、

$$\int{\frac{1}{\sqrt{4 - 9 x^{2}}} d x} = \frac{\operatorname{asin}{\left(\frac{3 x}{2} \right)}}{3}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{1}{\sqrt{4 - 9 x^{2}}} d x} = \frac{\operatorname{asin}{\left(\frac{3 x}{2} \right)}}{3}+C$$

$$$\int \frac{1}{\sqrt{4 - 9 x^{2}}}\, dx = \frac{\operatorname{asin}{\left(\frac{3 x}{2} \right)}}{3} + C$$$A