$$$e^{4 x} \sin{\left(x \right)}$$$の積分

$$$\int e^{4 x} \sin{\left(x \right)}\, dx$$$ を求めよ。

積分 $$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=\sin{\left(x \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{4 x} dx$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\sin{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx=\cos{\left(x \right)} dx$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{4 x} d x}=\frac{e^{4 x}}{4}$$$（手順は»を参照）。

この積分は次のように書き換えられる

$${\color{red}{\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x}}}={\color{red}{\left(\sin{\left(x \right)} \cdot \frac{e^{4 x}}{4}-\int{\frac{e^{4 x}}{4} \cdot \cos{\left(x \right)} d x}\right)}}={\color{red}{\left(\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \int{\frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{4} d x}\right)}}$$

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

$$\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - {\color{red}{\int{\frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{4} d x}}} = \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - {\color{red}{\left(\frac{\int{e^{4 x} \cos{\left(x \right)} d x}}{4}\right)}}$$

積分 $$$\int{e^{4 x} \cos{\left(x \right)} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=\cos{\left(x \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{4 x} dx$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\cos{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx=- \sin{\left(x \right)} dx$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{4 x} d x}=\frac{e^{4 x}}{4}$$$（手順は»を参照）。

したがって、

$$\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{{\color{red}{\int{e^{4 x} \cos{\left(x \right)} d x}}}}{4}=\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{{\color{red}{\left(\cos{\left(x \right)} \cdot \frac{e^{4 x}}{4}-\int{\frac{e^{4 x}}{4} \cdot \left(- \sin{\left(x \right)}\right) d x}\right)}}}{4}=\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{{\color{red}{\left(\frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{4} - \int{\left(- \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4}\right)d x}\right)}}}{4}$$

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

$$\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{16} + \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4}\right)d x}}}}{4} = \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{16} + \frac{{\color{red}{\left(- \frac{\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x}}{4}\right)}}}{4}$$

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:

$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x} = \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{16} - \frac{\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x}}{16}$$

これを解くと、次のようになります。

$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x} = \frac{\left(4 \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) e^{4 x}}{17}$$

したがって、

$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x} = \frac{\left(4 \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) e^{4 x}}{17}$$

積分定数を加える:

$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x} = \frac{\left(4 \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) e^{4 x}}{17}+C$$

$$$\int e^{4 x} \sin{\left(x \right)}\, dx = \frac{\left(4 \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) e^{4 x}}{17} + C$$$A