$$$e^{t} \cos{\left(3 t \right)}$$$の積分

$$$\int e^{t} \cos{\left(3 t \right)}\, dt$$$ を求めよ。

積分 $$$\int{e^{t} \cos{\left(3 t \right)} d t}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=\cos{\left(3 t \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{t} dt$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\cos{\left(3 t \right)}\right)^{\prime }dt=- 3 \sin{\left(3 t \right)} dt$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{t} d t}=e^{t}$$$（手順は»を参照）。

積分は次のようになります

$${\color{red}{\int{e^{t} \cos{\left(3 t \right)} d t}}}={\color{red}{\left(\cos{\left(3 t \right)} \cdot e^{t}-\int{e^{t} \cdot \left(- 3 \sin{\left(3 t \right)}\right) d t}\right)}}={\color{red}{\left(e^{t} \cos{\left(3 t \right)} - \int{\left(- 3 e^{t} \sin{\left(3 t \right)}\right)d t}\right)}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(t \right)}\, dt = c \int f{\left(t \right)}\, dt$$$ を、$$$c=-3$$$ と $$$f{\left(t \right)} = e^{t} \sin{\left(3 t \right)}$$$ に対して適用する:

$$e^{t} \cos{\left(3 t \right)} - {\color{red}{\int{\left(- 3 e^{t} \sin{\left(3 t \right)}\right)d t}}} = e^{t} \cos{\left(3 t \right)} - {\color{red}{\left(- 3 \int{e^{t} \sin{\left(3 t \right)} d t}\right)}}$$

積分 $$$\int{e^{t} \sin{\left(3 t \right)} d t}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=\sin{\left(3 t \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{t} dt$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\sin{\left(3 t \right)}\right)^{\prime }dt=3 \cos{\left(3 t \right)} dt$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{t} d t}=e^{t}$$$（手順は»を参照）。

積分は次のようになります

$$e^{t} \cos{\left(3 t \right)} + 3 {\color{red}{\int{e^{t} \sin{\left(3 t \right)} d t}}}=e^{t} \cos{\left(3 t \right)} + 3 {\color{red}{\left(\sin{\left(3 t \right)} \cdot e^{t}-\int{e^{t} \cdot 3 \cos{\left(3 t \right)} d t}\right)}}=e^{t} \cos{\left(3 t \right)} + 3 {\color{red}{\left(e^{t} \sin{\left(3 t \right)} - \int{3 e^{t} \cos{\left(3 t \right)} d t}\right)}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(t \right)}\, dt = c \int f{\left(t \right)}\, dt$$$ を、$$$c=3$$$ と $$$f{\left(t \right)} = e^{t} \cos{\left(3 t \right)}$$$ に対して適用する:

$$3 e^{t} \sin{\left(3 t \right)} + e^{t} \cos{\left(3 t \right)} - 3 {\color{red}{\int{3 e^{t} \cos{\left(3 t \right)} d t}}} = 3 e^{t} \sin{\left(3 t \right)} + e^{t} \cos{\left(3 t \right)} - 3 {\color{red}{\left(3 \int{e^{t} \cos{\left(3 t \right)} d t}\right)}}$$

すでに見た積分に帰着しました。

したがって、積分に関する次の簡単な等式を得ました:

$$\int{e^{t} \cos{\left(3 t \right)} d t} = 3 e^{t} \sin{\left(3 t \right)} + e^{t} \cos{\left(3 t \right)} - 9 \int{e^{t} \cos{\left(3 t \right)} d t}$$

これを解くと、次のようになります。

$$\int{e^{t} \cos{\left(3 t \right)} d t} = \frac{\left(3 \sin{\left(3 t \right)} + \cos{\left(3 t \right)}\right) e^{t}}{10}$$

したがって、

$$\int{e^{t} \cos{\left(3 t \right)} d t} = \frac{\left(3 \sin{\left(3 t \right)} + \cos{\left(3 t \right)}\right) e^{t}}{10}$$

積分定数を加える:

$$\int{e^{t} \cos{\left(3 t \right)} d t} = \frac{\left(3 \sin{\left(3 t \right)} + \cos{\left(3 t \right)}\right) e^{t}}{10}+C$$

$$$\int e^{t} \cos{\left(3 t \right)}\, dt = \frac{\left(3 \sin{\left(3 t \right)} + \cos{\left(3 t \right)}\right) e^{t}}{10} + C$$$A