$$$\operatorname{atan}{\left(7 t \right)}$$$の積分

$$$\int \operatorname{atan}{\left(7 t \right)}\, dt$$$ を求めよ。

$$$u=7 t$$$ とする。

すると $$$du=\left(7 t\right)^{\prime }dt = 7 dt$$$（手順は»で確認できます）、$$$dt = \frac{du}{7}$$$ となります。

したがって、

$${\color{red}{\int{\operatorname{atan}{\left(7 t \right)} d t}}} = {\color{red}{\int{\frac{\operatorname{atan}{\left(u \right)}}{7} d u}}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{1}{7}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = \operatorname{atan}{\left(u \right)}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{\frac{\operatorname{atan}{\left(u \right)}}{7} d u}}} = {\color{red}{\left(\frac{\int{\operatorname{atan}{\left(u \right)} d u}}{7}\right)}}$$

積分 $$$\int{\operatorname{atan}{\left(u \right)} d u}$$$ には、部分積分法$$$\int \operatorname{\omega} \operatorname{dv} = \operatorname{\omega}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{d\omega}$$$を用いてください。

$$$\operatorname{\omega}=\operatorname{atan}{\left(u \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=du$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{d\omega}=\left(\operatorname{atan}{\left(u \right)}\right)^{\prime }du=\frac{du}{u^{2} + 1}$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{1 d u}=u$$$（手順は»を参照）。

したがって、

$$\frac{{\color{red}{\int{\operatorname{atan}{\left(u \right)} d u}}}}{7}=\frac{{\color{red}{\left(\operatorname{atan}{\left(u \right)} \cdot u-\int{u \cdot \frac{1}{u^{2} + 1} d u}\right)}}}{7}=\frac{{\color{red}{\left(u \operatorname{atan}{\left(u \right)} - \int{\frac{u}{u^{2} + 1} d u}\right)}}}{7}$$

$$$v=u^{2} + 1$$$ とする。

すると $$$dv=\left(u^{2} + 1\right)^{\prime }du = 2 u du$$$（手順は»で確認できます）、$$$u du = \frac{dv}{2}$$$ となります。

積分は次のようになります

$$\frac{u \operatorname{atan}{\left(u \right)}}{7} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{u}{u^{2} + 1} d u}}}}{7} = \frac{u \operatorname{atan}{\left(u \right)}}{7} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{2 v} d v}}}}{7}$$

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

$$\frac{u \operatorname{atan}{\left(u \right)}}{7} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{2 v} d v}}}}{7} = \frac{u \operatorname{atan}{\left(u \right)}}{7} - \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{v} d v}}{2}\right)}}}{7}$$

$$$\frac{1}{v}$$$ の不定積分は $$$\int{\frac{1}{v} d v} = \ln{\left(\left|{v}\right| \right)}$$$ です:

$$\frac{u \operatorname{atan}{\left(u \right)}}{7} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}}}{14} = \frac{u \operatorname{atan}{\left(u \right)}}{7} - \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{v}\right| \right)}}}}{14}$$

次のことを思い出してください $$$v=u^{2} + 1$$$:

$$\frac{u \operatorname{atan}{\left(u \right)}}{7} - \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{v}}}\right| \right)}}{14} = \frac{u \operatorname{atan}{\left(u \right)}}{7} - \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(u^{2} + 1\right)}}}\right| \right)}}{14}$$

次のことを思い出してください $$$u=7 t$$$:

$$- \frac{\ln{\left(1 + {\color{red}{u}}^{2} \right)}}{14} + \frac{{\color{red}{u}} \operatorname{atan}{\left({\color{red}{u}} \right)}}{7} = - \frac{\ln{\left(1 + {\color{red}{\left(7 t\right)}}^{2} \right)}}{14} + \frac{{\color{red}{\left(7 t\right)}} \operatorname{atan}{\left({\color{red}{\left(7 t\right)}} \right)}}{7}$$

したがって、

$$\int{\operatorname{atan}{\left(7 t \right)} d t} = t \operatorname{atan}{\left(7 t \right)} - \frac{\ln{\left(49 t^{2} + 1 \right)}}{14}$$

積分定数を加える:

$$\int{\operatorname{atan}{\left(7 t \right)} d t} = t \operatorname{atan}{\left(7 t \right)} - \frac{\ln{\left(49 t^{2} + 1 \right)}}{14}+C$$

$$$\int \operatorname{atan}{\left(7 t \right)}\, dt = \left(t \operatorname{atan}{\left(7 t \right)} - \frac{\ln\left(49 t^{2} + 1\right)}{14}\right) + C$$$A