$$$23 \cos^{3}{\left(35 x \right)}$$$の積分

$$$\int 23 \cos^{3}{\left(35 x \right)}\, dx$$$ を求めよ。

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=23$$$ と $$$f{\left(x \right)} = \cos^{3}{\left(35 x \right)}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{23 \cos^{3}{\left(35 x \right)} d x}}} = {\color{red}{\left(23 \int{\cos^{3}{\left(35 x \right)} d x}\right)}}$$

$$$u=35 x$$$ とする。

すると $$$du=\left(35 x\right)^{\prime }dx = 35 dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$dx = \frac{du}{35}$$$ となります。

したがって、

$$23 {\color{red}{\int{\cos^{3}{\left(35 x \right)} d x}}} = 23 {\color{red}{\int{\frac{\cos^{3}{\left(u \right)}}{35} d u}}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{1}{35}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = \cos^{3}{\left(u \right)}$$$ に対して適用する:

$$23 {\color{red}{\int{\frac{\cos^{3}{\left(u \right)}}{35} d u}}} = 23 {\color{red}{\left(\frac{\int{\cos^{3}{\left(u \right)} d u}}{35}\right)}}$$

余弦を1つ取り出し、$$$\alpha= u $$$ を用いた公式 $$$\cos^2\left(\alpha \right)=-\sin^2\left(\alpha \right)+1$$$ により、残りはすべて正弦で表せ。:

$$\frac{23 {\color{red}{\int{\cos^{3}{\left(u \right)} d u}}}}{35} = \frac{23 {\color{red}{\int{\left(1 - \sin^{2}{\left(u \right)}\right) \cos{\left(u \right)} d u}}}}{35}$$

$$$v=\sin{\left(u \right)}$$$ とする。

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

積分は次のようになります

$$\frac{23 {\color{red}{\int{\left(1 - \sin^{2}{\left(u \right)}\right) \cos{\left(u \right)} d u}}}}{35} = \frac{23 {\color{red}{\int{\left(1 - v^{2}\right)d v}}}}{35}$$

項別に積分せよ:

$$\frac{23 {\color{red}{\int{\left(1 - v^{2}\right)d v}}}}{35} = \frac{23 {\color{red}{\left(\int{1 d v} - \int{v^{2} d v}\right)}}}{35}$$

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

$$- \frac{23 \int{v^{2} d v}}{35} + \frac{23 {\color{red}{\int{1 d v}}}}{35} = - \frac{23 \int{v^{2} d v}}{35} + \frac{23 {\color{red}{v}}}{35}$$

$$$n=2$$$ を用いて、べき乗の法則 $$$\int v^{n}\, dv = \frac{v^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ を適用します:

$$\frac{23 v}{35} - \frac{23 {\color{red}{\int{v^{2} d v}}}}{35}=\frac{23 v}{35} - \frac{23 {\color{red}{\frac{v^{1 + 2}}{1 + 2}}}}{35}=\frac{23 v}{35} - \frac{23 {\color{red}{\left(\frac{v^{3}}{3}\right)}}}{35}$$

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

$$\frac{23 {\color{red}{v}}}{35} - \frac{23 {\color{red}{v}}^{3}}{105} = \frac{23 {\color{red}{\sin{\left(u \right)}}}}{35} - \frac{23 {\color{red}{\sin{\left(u \right)}}}^{3}}{105}$$

次のことを思い出してください $$$u=35 x$$$:

$$\frac{23 \sin{\left({\color{red}{u}} \right)}}{35} - \frac{23 \sin^{3}{\left({\color{red}{u}} \right)}}{105} = \frac{23 \sin{\left({\color{red}{\left(35 x\right)}} \right)}}{35} - \frac{23 \sin^{3}{\left({\color{red}{\left(35 x\right)}} \right)}}{105}$$

したがって、

$$\int{23 \cos^{3}{\left(35 x \right)} d x} = - \frac{23 \sin^{3}{\left(35 x \right)}}{105} + \frac{23 \sin{\left(35 x \right)}}{35}$$

簡単化せよ:

$$\int{23 \cos^{3}{\left(35 x \right)} d x} = \frac{23 \left(3 - \sin^{2}{\left(35 x \right)}\right) \sin{\left(35 x \right)}}{105}$$

積分定数を加える:

$$\int{23 \cos^{3}{\left(35 x \right)} d x} = \frac{23 \left(3 - \sin^{2}{\left(35 x \right)}\right) \sin{\left(35 x \right)}}{105}+C$$

$$$\int 23 \cos^{3}{\left(35 x \right)}\, dx = \frac{23 \left(3 - \sin^{2}{\left(35 x \right)}\right) \sin{\left(35 x \right)}}{105} + C$$$A