$$$\frac{1}{6 x^{3} - 7 x^{2} - 3 x}$$$の積分

$$$\int \frac{1}{6 x^{3} - 7 x^{2} - 3 x}\, dx$$$ を求めよ。

部分分数分解を行う (手順は»で確認できます):

$${\color{red}{\int{\frac{1}{6 x^{3} - 7 x^{2} - 3 x} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} + \frac{4}{33 \left(2 x - 3\right)} - \frac{1}{3 x}\right)d x}}}$$

項別に積分せよ:

$${\color{red}{\int{\left(\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} + \frac{4}{33 \left(2 x - 3\right)} - \frac{1}{3 x}\right)d x}}} = {\color{red}{\left(- \int{\frac{1}{3 x} d x} + \int{\frac{4}{33 \left(2 x - 3\right)} d x} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x}\right)}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{3}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x}$$$ に対して適用する:

$$\int{\frac{4}{33 \left(2 x - 3\right)} d x} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} - {\color{red}{\int{\frac{1}{3 x} d x}}} = \int{\frac{4}{33 \left(2 x - 3\right)} d x} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} - {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{x} d x}}{3}\right)}}$$

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

$$\int{\frac{4}{33 \left(2 x - 3\right)} d x} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{x} d x}}}}{3} = \int{\frac{4}{33 \left(2 x - 3\right)} d x} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} - \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}}}{3}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{4}{33}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{2 x - 3}$$$ に対して適用する:

$$- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} + {\color{red}{\int{\frac{4}{33 \left(2 x - 3\right)} d x}}} = - \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} + {\color{red}{\left(\frac{4 \int{\frac{1}{2 x - 3} d x}}{33}\right)}}$$

$$$u=2 x - 3$$$ とする。

すると $$$du=\left(2 x - 3\right)^{\prime }dx = 2 dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$dx = \frac{du}{2}$$$ となります。

したがって、

$$- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} + \frac{4 {\color{red}{\int{\frac{1}{2 x - 3} d x}}}}{33} = - \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} + \frac{4 {\color{red}{\int{\frac{1}{2 u} d u}}}}{33}$$

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

$$- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} + \frac{4 {\color{red}{\int{\frac{1}{2 u} d u}}}}{33} = - \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} + \frac{4 {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{u} d u}}{2}\right)}}}{33}$$

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

$$- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} + \frac{2 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{33} = - \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} + \frac{2 {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{33}$$

次のことを思い出してください $$$u=2 x - 3$$$:

$$- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{33} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x} = - \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(2 x - 3\right)}}}\right| \right)}}{33} + \int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{9}{11}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{3 x + 1}$$$ に対して適用する:

$$- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)}}{33} + {\color{red}{\int{\frac{9}{11 \left(3 x + 1\right)} d x}}} = - \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)}}{33} + {\color{red}{\left(\frac{9 \int{\frac{1}{3 x + 1} d x}}{11}\right)}}$$

$$$u=3 x + 1$$$ とする。

すると $$$du=\left(3 x + 1\right)^{\prime }dx = 3 dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$dx = \frac{du}{3}$$$ となります。

したがって、

$$- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)}}{33} + \frac{9 {\color{red}{\int{\frac{1}{3 x + 1} d x}}}}{11} = - \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)}}{33} + \frac{9 {\color{red}{\int{\frac{1}{3 u} d u}}}}{11}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{1}{3}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u}$$$ に対して適用する:

$$- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)}}{33} + \frac{9 {\color{red}{\int{\frac{1}{3 u} d u}}}}{11} = - \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)}}{33} + \frac{9 {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{u} d u}}{3}\right)}}}{11}$$

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

$$- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)}}{33} + \frac{3 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{11} = - \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)}}{33} + \frac{3 {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{11}$$

次のことを思い出してください $$$u=3 x + 1$$$:

$$- \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)}}{33} + \frac{3 \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{11} = - \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)}}{33} + \frac{3 \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(3 x + 1\right)}}}\right| \right)}}{11}$$

したがって、

$$\int{\frac{1}{6 x^{3} - 7 x^{2} - 3 x} d x} = - \frac{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)}}{33} + \frac{3 \ln{\left(\left|{3 x + 1}\right| \right)}}{11}$$

簡単化せよ:

$$\int{\frac{1}{6 x^{3} - 7 x^{2} - 3 x} d x} = \frac{- 11 \ln{\left(\left|{x}\right| \right)} + 2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)} + 9 \ln{\left(\left|{3 x + 1}\right| \right)}}{33}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{1}{6 x^{3} - 7 x^{2} - 3 x} d x} = \frac{- 11 \ln{\left(\left|{x}\right| \right)} + 2 \ln{\left(\left|{2 x - 3}\right| \right)} + 9 \ln{\left(\left|{3 x + 1}\right| \right)}}{33}+C$$

$$$\int \frac{1}{6 x^{3} - 7 x^{2} - 3 x}\, dx = \frac{- 11 \ln\left(\left|{x}\right|\right) + 2 \ln\left(\left|{2 x - 3}\right|\right) + 9 \ln\left(\left|{3 x + 1}\right|\right)}{33} + C$$$A