$$$r \ln\left(r\right) - r + 1$$$の積分

$$$\int \left(r \ln\left(r\right) - r + 1\right)\, dr$$$ を求めよ。

項別に積分せよ:

$${\color{red}{\int{\left(r \ln{\left(r \right)} - r + 1\right)d r}}} = {\color{red}{\left(\int{1 d r} - \int{r d r} + \int{r \ln{\left(r \right)} d r}\right)}}$$

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

$$- \int{r d r} + \int{r \ln{\left(r \right)} d r} + {\color{red}{\int{1 d r}}} = - \int{r d r} + \int{r \ln{\left(r \right)} d r} + {\color{red}{r}}$$

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

$$r + \int{r \ln{\left(r \right)} d r} - {\color{red}{\int{r d r}}}=r + \int{r \ln{\left(r \right)} d r} - {\color{red}{\frac{r^{1 + 1}}{1 + 1}}}=r + \int{r \ln{\left(r \right)} d r} - {\color{red}{\left(\frac{r^{2}}{2}\right)}}$$

積分 $$$\int{r \ln{\left(r \right)} d r}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=\ln{\left(r \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=r dr$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\ln{\left(r \right)}\right)^{\prime }dr=\frac{dr}{r}$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{r d r}=\frac{r^{2}}{2}$$$（手順は»を参照）。

したがって、

$$- \frac{r^{2}}{2} + r + {\color{red}{\int{r \ln{\left(r \right)} d r}}}=- \frac{r^{2}}{2} + r + {\color{red}{\left(\ln{\left(r \right)} \cdot \frac{r^{2}}{2}-\int{\frac{r^{2}}{2} \cdot \frac{1}{r} d r}\right)}}=- \frac{r^{2}}{2} + r + {\color{red}{\left(\frac{r^{2} \ln{\left(r \right)}}{2} - \int{\frac{r}{2} d r}\right)}}$$

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

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

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

$$\frac{r^{2} \ln{\left(r \right)}}{2} - \frac{r^{2}}{2} + r - \frac{{\color{red}{\int{r d r}}}}{2}=\frac{r^{2} \ln{\left(r \right)}}{2} - \frac{r^{2}}{2} + r - \frac{{\color{red}{\frac{r^{1 + 1}}{1 + 1}}}}{2}=\frac{r^{2} \ln{\left(r \right)}}{2} - \frac{r^{2}}{2} + r - \frac{{\color{red}{\left(\frac{r^{2}}{2}\right)}}}{2}$$

したがって、

$$\int{\left(r \ln{\left(r \right)} - r + 1\right)d r} = \frac{r^{2} \ln{\left(r \right)}}{2} - \frac{3 r^{2}}{4} + r$$

簡単化せよ:

$$\int{\left(r \ln{\left(r \right)} - r + 1\right)d r} = \frac{r \left(2 r \ln{\left(r \right)} - 3 r + 4\right)}{4}$$

積分定数を加える:

$$\int{\left(r \ln{\left(r \right)} - r + 1\right)d r} = \frac{r \left(2 r \ln{\left(r \right)} - 3 r + 4\right)}{4}+C$$

$$$\int \left(r \ln\left(r\right) - r + 1\right)\, dr = \frac{r \left(2 r \ln\left(r\right) - 3 r + 4\right)}{4} + C$$$A