$$$9 \cdot 15^{- x} x^{2}$$$の積分
入力内容
$$$\int 9 \cdot 15^{- x} x^{2}\, dx$$$ を求めよ。
解答
定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=9$$$ と $$$f{\left(x \right)} = 15^{- x} x^{2}$$$ に対して適用する:
$${\color{red}{\int{9 \cdot 15^{- x} x^{2} d x}}} = {\color{red}{\left(9 \int{15^{- x} x^{2} d x}\right)}}$$
積分 $$$\int{15^{- x} x^{2} d x}$$$ には、部分積分法$$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$を用いてください。
$$$\operatorname{u}=x^{2}$$$ と $$$\operatorname{dv}=15^{- x} dx$$$ とする。
したがって、$$$\operatorname{du}=\left(x^{2}\right)^{\prime }dx=2 x dx$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{15^{- x} d x}=- \frac{15^{- x}}{\ln{\left(15 \right)}}$$$（手順は»を参照）。
積分は次のようになります
$$9 {\color{red}{\int{15^{- x} x^{2} d x}}}=9 {\color{red}{\left(x^{2} \cdot \left(- \frac{15^{- x}}{\ln{\left(15 \right)}}\right)-\int{\left(- \frac{15^{- x}}{\ln{\left(15 \right)}}\right) \cdot 2 x d x}\right)}}=9 {\color{red}{\left(- \int{\left(- \frac{2 \cdot 15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)d x} - \frac{15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}}$$
定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=- \frac{2}{\ln{\left(15 \right)}}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = 15^{- x} x$$$ に対して適用する:
$$- 9 {\color{red}{\int{\left(- \frac{2 \cdot 15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)d x}}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}} = - 9 {\color{red}{\left(- \frac{2 \int{15^{- x} x d x}}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}}$$
積分 $$$\int{15^{- x} x d x}$$$ には、部分積分法$$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$を用いてください。
$$$\operatorname{u}=x$$$ と $$$\operatorname{dv}=15^{- x} dx$$$ とする。
したがって、$$$\operatorname{du}=\left(x\right)^{\prime }dx=1 dx$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{15^{- x} d x}=- \frac{15^{- x}}{\ln{\left(15 \right)}}$$$（手順は»を参照）。
積分は次のようになります
$$\frac{18 {\color{red}{\int{15^{- x} x d x}}}}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}}=\frac{18 {\color{red}{\left(x \cdot \left(- \frac{15^{- x}}{\ln{\left(15 \right)}}\right)-\int{\left(- \frac{15^{- x}}{\ln{\left(15 \right)}}\right) \cdot 1 d x}\right)}}}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}}=\frac{18 {\color{red}{\left(- \int{\left(- \frac{15^{- x}}{\ln{\left(15 \right)}}\right)d x} - \frac{15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}}}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}}$$
定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=- \frac{1}{\ln{\left(15 \right)}}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = 15^{- x}$$$ に対して適用する:
$$\frac{18 \left(- {\color{red}{\int{\left(- \frac{15^{- x}}{\ln{\left(15 \right)}}\right)d x}}} - \frac{15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}} = \frac{18 \left(- {\color{red}{\left(- \frac{\int{15^{- x} d x}}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}} - \frac{15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}}$$
$$$u=- x$$$ とする。
すると $$$du=\left(- x\right)^{\prime }dx = - dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$dx = - du$$$ となります。
積分は次のようになります
$$\frac{18 \left(\frac{{\color{red}{\int{15^{- x} d x}}}}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}} = \frac{18 \left(\frac{{\color{red}{\int{\left(- 15^{u}\right)d u}}}}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}}$$
定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=-1$$$ と $$$f{\left(u \right)} = 15^{u}$$$ に対して適用する:
$$\frac{18 \left(\frac{{\color{red}{\int{\left(- 15^{u}\right)d u}}}}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}} = \frac{18 \left(\frac{{\color{red}{\left(- \int{15^{u} d u}\right)}}}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}}$$
Apply the exponential rule $$$\int{a^{u} d u} = \frac{a^{u}}{\ln{\left(a \right)}}$$$ with $$$a=15$$$:
$$\frac{18 \left(- \frac{{\color{red}{\int{15^{u} d u}}}}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}} = \frac{18 \left(- \frac{{\color{red}{\frac{15^{u}}{\ln{\left(15 \right)}}}}}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}}$$
次のことを思い出してください $$$u=- x$$$:
$$\frac{18 \left(- \frac{15^{{\color{red}{u}}}}{\ln{\left(15 \right)}^{2}} - \frac{15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}} = \frac{18 \left(- \frac{15^{{\color{red}{\left(- x\right)}}}}{\ln{\left(15 \right)}^{2}} - \frac{15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}}\right)}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}}$$
したがって、
$$\int{9 \cdot 15^{- x} x^{2} d x} = \frac{18 \left(- \frac{15^{- x} x}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{15^{- x}}{\ln{\left(15 \right)}^{2}}\right)}{\ln{\left(15 \right)}} - \frac{9 \cdot 15^{- x} x^{2}}{\ln{\left(15 \right)}}$$
簡単化せよ:
$$\int{9 \cdot 15^{- x} x^{2} d x} = - \frac{9 \cdot 225^{x} 3375^{- x} \left(x^{2} \ln{\left(15 \right)}^{2} + 2 x \ln{\left(15 \right)} + 2\right)}{\ln{\left(15 \right)}^{3}}$$
積分定数を加える:
$$\int{9 \cdot 15^{- x} x^{2} d x} = - \frac{9 \cdot 225^{x} 3375^{- x} \left(x^{2} \ln{\left(15 \right)}^{2} + 2 x \ln{\left(15 \right)} + 2\right)}{\ln{\left(15 \right)}^{3}}+C$$
解答
$$$\int 9 \cdot 15^{- x} x^{2}\, dx = - \frac{9 \cdot 225^{x} 3375^{- x} \left(x^{2} \ln^{2}\left(15\right) + 2 x \ln\left(15\right) + 2\right)}{\ln^{3}\left(15\right)} + C$$$A