$$$1 - \cot{\left(x \right)}$$$の積分

$$$\int \left(1 - \cot{\left(x \right)}\right)\, dx$$$ を求めよ。

項別に積分せよ:

$${\color{red}{\int{\left(1 - \cot{\left(x \right)}\right)d x}}} = {\color{red}{\left(\int{1 d x} - \int{\cot{\left(x \right)} d x}\right)}}$$

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

$$- \int{\cot{\left(x \right)} d x} + {\color{red}{\int{1 d x}}} = - \int{\cot{\left(x \right)} d x} + {\color{red}{x}}$$

余接関数を$$$\cot\left(x\right)=\frac{\cos\left(x\right)}{\sin\left(x\right)}$$$として書き換えなさい:

$$x - {\color{red}{\int{\cot{\left(x \right)} d x}}} = x - {\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}} d x}}}$$

$$$u=\sin{\left(x \right)}$$$ とする。

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

この積分は次のように書き換えられる

$$x - {\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(x \right)}}{\sin{\left(x \right)}} d x}}} = x - {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}$$

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

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

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

$$x - \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} = x - \ln{\left(\left|{{\color{red}{\sin{\left(x \right)}}}}\right| \right)}$$

したがって、

$$\int{\left(1 - \cot{\left(x \right)}\right)d x} = x - \ln{\left(\left|{\sin{\left(x \right)}}\right| \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{\left(1 - \cot{\left(x \right)}\right)d x} = x - \ln{\left(\left|{\sin{\left(x \right)}}\right| \right)}+C$$

$$$\int \left(1 - \cot{\left(x \right)}\right)\, dx = \left(x - \ln\left(\left|{\sin{\left(x \right)}}\right|\right)\right) + C$$$A