$$$\frac{1}{\sqrt{x} + 1}$$$の積分

$$$\int \frac{1}{\sqrt{x} + 1}\, dx$$$ を求めよ。

$$$u=\sqrt{x}$$$ とする。

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

したがって、

$${\color{red}{\int{\frac{1}{\sqrt{x} + 1} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{2 u}{u + 1} d u}}}$$

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

$${\color{red}{\int{\frac{2 u}{u + 1} d u}}} = {\color{red}{\left(2 \int{\frac{u}{u + 1} d u}\right)}}$$

分数を変形して分解する:

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

項別に積分せよ:

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

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

$$- 2 \int{\frac{1}{u + 1} d u} + 2 {\color{red}{\int{1 d u}}} = - 2 \int{\frac{1}{u + 1} d u} + 2 {\color{red}{u}}$$

$$$v=u + 1$$$ とする。

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

したがって、

$$2 u - 2 {\color{red}{\int{\frac{1}{u + 1} d u}}} = 2 u - 2 {\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}}$$

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

$$2 u - 2 {\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}} = 2 u - 2 {\color{red}{\ln{\left(\left|{v}\right| \right)}}}$$

次のことを思い出してください $$$v=u + 1$$$:

$$2 u - 2 \ln{\left(\left|{{\color{red}{v}}}\right| \right)} = 2 u - 2 \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(u + 1\right)}}}\right| \right)}$$

次のことを思い出してください $$$u=\sqrt{x}$$$:

$$- 2 \ln{\left(\left|{1 + {\color{red}{u}}}\right| \right)} + 2 {\color{red}{u}} = - 2 \ln{\left(\left|{1 + {\color{red}{\sqrt{x}}}}\right| \right)} + 2 {\color{red}{\sqrt{x}}}$$

したがって、

$$\int{\frac{1}{\sqrt{x} + 1} d x} = 2 \sqrt{x} - 2 \ln{\left(\left|{\sqrt{x} + 1}\right| \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{1}{\sqrt{x} + 1} d x} = 2 \sqrt{x} - 2 \ln{\left(\left|{\sqrt{x} + 1}\right| \right)}+C$$

$$$\int \frac{1}{\sqrt{x} + 1}\, dx = \left(2 \sqrt{x} - 2 \ln\left(\left|{\sqrt{x} + 1}\right|\right)\right) + C$$$A