$$$2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)}$$$の積分

$$$\int 2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)}\, dx$$$ を求めよ。

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

$${\color{red}{\int{2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x}}} = {\color{red}{\left(2 \int{e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x}\right)}}$$

積分 $$$\int{e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=\sin{\left(2 x \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{- x} dx$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\sin{\left(2 x \right)}\right)^{\prime }dx=2 \cos{\left(2 x \right)} dx$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{- x} d x}=- e^{- x}$$$（手順は»を参照）。

積分は次のようになります

$$2 {\color{red}{\int{e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x}}}=2 {\color{red}{\left(\sin{\left(2 x \right)} \cdot \left(- e^{- x}\right)-\int{\left(- e^{- x}\right) \cdot 2 \cos{\left(2 x \right)} d x}\right)}}=2 {\color{red}{\left(- \int{\left(- 2 e^{- x} \cos{\left(2 x \right)}\right)d x} - e^{- x} \sin{\left(2 x \right)}\right)}}$$

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

$$- 2 {\color{red}{\int{\left(- 2 e^{- x} \cos{\left(2 x \right)}\right)d x}}} - 2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} = - 2 {\color{red}{\left(- 2 \int{e^{- x} \cos{\left(2 x \right)} d x}\right)}} - 2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)}$$

積分 $$$\int{e^{- x} \cos{\left(2 x \right)} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=\cos{\left(2 x \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{- x} dx$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\cos{\left(2 x \right)}\right)^{\prime }dx=- 2 \sin{\left(2 x \right)} dx$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{- x} d x}=- e^{- x}$$$（手順は»を参照）。

したがって、

$$4 {\color{red}{\int{e^{- x} \cos{\left(2 x \right)} d x}}} - 2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)}=4 {\color{red}{\left(\cos{\left(2 x \right)} \cdot \left(- e^{- x}\right)-\int{\left(- e^{- x}\right) \cdot \left(- 2 \sin{\left(2 x \right)}\right) d x}\right)}} - 2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)}=4 {\color{red}{\left(- \int{2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x} - e^{- x} \cos{\left(2 x \right)}\right)}} - 2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)}$$

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

$$- 4 {\color{red}{\int{2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x}}} - 2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} - 4 e^{- x} \cos{\left(2 x \right)} = - 4 {\color{red}{\left(2 \int{e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x}\right)}} - 2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} - 4 e^{- x} \cos{\left(2 x \right)}$$

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:

$$2 \int{e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x} = - 8 \int{e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x} - 2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} - 4 e^{- x} \cos{\left(2 x \right)}$$

これを解くと、次のようになります。

$$\int{e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x} = \frac{\left(- \sin{\left(2 x \right)} - 2 \cos{\left(2 x \right)}\right) e^{- x}}{5}$$

したがって、

$$2 {\color{red}{\int{e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x}}} = 2 {\color{red}{\left(\frac{\left(- \sin{\left(2 x \right)} - 2 \cos{\left(2 x \right)}\right) e^{- x}}{5}\right)}}$$

したがって、

$$\int{2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x} = \frac{2 \left(- \sin{\left(2 x \right)} - 2 \cos{\left(2 x \right)}\right) e^{- x}}{5}$$

積分定数を加える:

$$\int{2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)} d x} = \frac{2 \left(- \sin{\left(2 x \right)} - 2 \cos{\left(2 x \right)}\right) e^{- x}}{5}+C$$

$$$\int 2 e^{- x} \sin{\left(2 x \right)}\, dx = \frac{2 \left(- \sin{\left(2 x \right)} - 2 \cos{\left(2 x \right)}\right) e^{- x}}{5} + C$$$A