$$$4 e^{- \frac{x^{2}}{2}}$$$の積分

$$$\int 4 e^{- \frac{x^{2}}{2}}\, dx$$$ 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、$$$c=4$$$ と $$$f{\left(x \right)} = e^{- \frac{x^{2}}{2}}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{4 e^{- \frac{x^{2}}{2}} d x}}} = {\color{red}{\left(4 \int{e^{- \frac{x^{2}}{2}} d x}\right)}}$$

$$$u=\frac{\sqrt{2} x}{2}$$$ とする。

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

したがって、

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

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

$$4 {\color{red}{\int{\sqrt{2} e^{- u^{2}} d u}}} = 4 {\color{red}{\sqrt{2} \int{e^{- u^{2}} d u}}}$$

この積分（誤差関数）には閉形式はありません:

$$4 \sqrt{2} {\color{red}{\int{e^{- u^{2}} d u}}} = 4 \sqrt{2} {\color{red}{\left(\frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left(u \right)}}{2}\right)}}$$

次のことを思い出してください $$$u=\frac{\sqrt{2} x}{2}$$$:

$$2 \sqrt{2} \sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left({\color{red}{u}} \right)} = 2 \sqrt{2} \sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left({\color{red}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2}\right)}} \right)}$$

したがって、

$$\int{4 e^{- \frac{x^{2}}{2}} d x} = 2 \sqrt{2} \sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2} \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{4 e^{- \frac{x^{2}}{2}} d x} = 2 \sqrt{2} \sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2} \right)}+C$$

$$$\int 4 e^{- \frac{x^{2}}{2}}\, dx = 2 \sqrt{2} \sqrt{\pi} \operatorname{erf}{\left(\frac{\sqrt{2} x}{2} \right)} + C$$$A