$$$\frac{2^{\frac{1}{x}}}{x^{2}}$$$の積分

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

基数を変更:

$${\color{red}{\int{\frac{2^{\frac{1}{x}}}{x^{2}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{e^{\frac{\ln{\left(2 \right)}}{x}}}{x^{2}} d x}}}$$

$$$u=\frac{1}{x}$$$ とする。

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

積分は次のようになります

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

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=-1$$$ と $$$f{\left(u \right)} = e^{u \ln{\left(2 \right)}}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{\left(- e^{u \ln{\left(2 \right)}}\right)d u}}} = {\color{red}{\left(- \int{e^{u \ln{\left(2 \right)}} d u}\right)}}$$

$$$v=u \ln{\left(2 \right)}$$$ とする。

すると $$$dv=\left(u \ln{\left(2 \right)}\right)^{\prime }du = \ln{\left(2 \right)} du$$$（手順は»で確認できます）、$$$du = \frac{dv}{\ln{\left(2 \right)}}$$$ となります。

したがって、

$$- {\color{red}{\int{e^{u \ln{\left(2 \right)}} d u}}} = - {\color{red}{\int{\frac{e^{v}}{\ln{\left(2 \right)}} d v}}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$ を、$$$c=\frac{1}{\ln{\left(2 \right)}}$$$ と $$$f{\left(v \right)} = e^{v}$$$ に対して適用する:

$$- {\color{red}{\int{\frac{e^{v}}{\ln{\left(2 \right)}} d v}}} = - {\color{red}{\frac{\int{e^{v} d v}}{\ln{\left(2 \right)}}}}$$

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

$$- \frac{{\color{red}{\int{e^{v} d v}}}}{\ln{\left(2 \right)}} = - \frac{{\color{red}{e^{v}}}}{\ln{\left(2 \right)}}$$

次のことを思い出してください $$$v=u \ln{\left(2 \right)}$$$:

$$- \frac{e^{{\color{red}{v}}}}{\ln{\left(2 \right)}} = - \frac{e^{{\color{red}{u \ln{\left(2 \right)}}}}}{\ln{\left(2 \right)}}$$

次のことを思い出してください $$$u=\frac{1}{x}$$$:

$$- \frac{e^{\ln{\left(2 \right)} {\color{red}{u}}}}{\ln{\left(2 \right)}} = - \frac{e^{\ln{\left(2 \right)} {\color{red}{\frac{1}{x}}}}}{\ln{\left(2 \right)}}$$

したがって、

$$\int{\frac{2^{\frac{1}{x}}}{x^{2}} d x} = - \frac{e^{\frac{\ln{\left(2 \right)}}{x}}}{\ln{\left(2 \right)}}$$

積分定数を加える:

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

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