$$$\frac{4 t^{3}}{1 - t^{4}}$$$の積分

$$$\int \frac{4 t^{3}}{1 - t^{4}}\, dt$$$ を求めよ。

$$$u=1 - t^{4}$$$ とする。

すると $$$du=\left(1 - t^{4}\right)^{\prime }dt = - 4 t^{3} dt$$$（手順は»で確認できます）、$$$t^{3} dt = - \frac{du}{4}$$$ となります。

この積分は次のように書き換えられる

$${\color{red}{\int{\frac{4 t^{3}}{1 - t^{4}} d t}}} = {\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{u}\right)d u}}}$$

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

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

$$$\frac{1}{u}$$$ 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 $$$u=1 - t^{4}$$$:

$$- \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} = - \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(1 - t^{4}\right)}}}\right| \right)}$$

したがって、

$$\int{\frac{4 t^{3}}{1 - t^{4}} d t} = - \ln{\left(\left|{t^{4} - 1}\right| \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{4 t^{3}}{1 - t^{4}} d t} = - \ln{\left(\left|{t^{4} - 1}\right| \right)}+C$$

$$$\int \frac{4 t^{3}}{1 - t^{4}}\, dt = - \ln\left(\left|{t^{4} - 1}\right|\right) + C$$$A