$$$\frac{1}{\cos^{2}{\left(t \right)} \tan{\left(t \right)}}$$$の積分

$$$\int \frac{1}{\cos^{2}{\left(t \right)} \tan{\left(t \right)}}\, dt$$$ を求めよ。

被積分関数を書き換える:

$${\color{red}{\int{\frac{1}{\cos^{2}{\left(t \right)} \tan{\left(t \right)}} d t}}} = {\color{red}{\int{\frac{\sec^{2}{\left(t \right)}}{\tan{\left(t \right)}} d t}}}$$

$$$u=\tan{\left(t \right)}$$$ とする。

すると $$$du=\left(\tan{\left(t \right)}\right)^{\prime }dt = \sec^{2}{\left(t \right)} dt$$$（手順は»で確認できます）、$$$\sec^{2}{\left(t \right)} dt = du$$$ となります。

したがって、

$${\color{red}{\int{\frac{\sec^{2}{\left(t \right)}}{\tan{\left(t \right)}} d t}}} = {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}$$

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

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

次のことを思い出してください $$$u=\tan{\left(t \right)}$$$:

$$\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} = \ln{\left(\left|{{\color{red}{\tan{\left(t \right)}}}}\right| \right)}$$

したがって、

$$\int{\frac{1}{\cos^{2}{\left(t \right)} \tan{\left(t \right)}} d t} = \ln{\left(\left|{\tan{\left(t \right)}}\right| \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{1}{\cos^{2}{\left(t \right)} \tan{\left(t \right)}} d t} = \ln{\left(\left|{\tan{\left(t \right)}}\right| \right)}+C$$

$$$\int \frac{1}{\cos^{2}{\left(t \right)} \tan{\left(t \right)}}\, dt = \ln\left(\left|{\tan{\left(t \right)}}\right|\right) + C$$$A