$$$\frac{\cot{\left(x \right)}}{\ln\left(\sin{\left(x \right)}\right)}$$$の積分

$$$\int \frac{\cot{\left(x \right)}}{\ln\left(\sin{\left(x \right)}\right)}\, dx$$$ を求めよ。

$$$u=\sin{\left(x \right)}$$$ とする。

すると $$$du=\left(\sin{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx = \cos{\left(x \right)} dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$\cos{\left(x \right)} dx = du$$$ となります。

この積分は次のように書き換えられる

$${\color{red}{\int{\frac{\cot{\left(x \right)}}{\ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{1}{u \ln{\left(u \right)}} d u}}}$$

$$$v=\ln{\left(u \right)}$$$ とする。

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

したがって、

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

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

$${\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}} = {\color{red}{\ln{\left(\left|{v}\right| \right)}}}$$

次のことを思い出してください $$$v=\ln{\left(u \right)}$$$:

$$\ln{\left(\left|{{\color{red}{v}}}\right| \right)} = \ln{\left(\left|{{\color{red}{\ln{\left(u \right)}}}}\right| \right)}$$

次のことを思い出してください $$$u=\sin{\left(x \right)}$$$:

$$\ln{\left(\left|{\ln{\left({\color{red}{u}} \right)}}\right| \right)} = \ln{\left(\left|{\ln{\left({\color{red}{\sin{\left(x \right)}}} \right)}}\right| \right)}$$

したがって、

$$\int{\frac{\cot{\left(x \right)}}{\ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)}} d x} = \ln{\left(\left|{\ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)}}\right| \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{\cot{\left(x \right)}}{\ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)}} d x} = \ln{\left(\left|{\ln{\left(\sin{\left(x \right)} \right)}}\right| \right)}+C$$

$$$\int \frac{\cot{\left(x \right)}}{\ln\left(\sin{\left(x \right)}\right)}\, dx = \ln\left(\left|{\ln\left(\sin{\left(x \right)}\right)}\right|\right) + C$$$A