$$$x e^{6} \sin{\left(7 x \right)}$$$の積分

$$$\int x e^{6} \sin{\left(7 x \right)}\, dx$$$ 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、$$$c=e^{6}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = x \sin{\left(7 x \right)}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{x e^{6} \sin{\left(7 x \right)} d x}}} = {\color{red}{e^{6} \int{x \sin{\left(7 x \right)} d x}}}$$

積分 $$$\int{x \sin{\left(7 x \right)} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=x$$$ と $$$\operatorname{dv}=\sin{\left(7 x \right)} dx$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(x\right)^{\prime }dx=1 dx$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{\sin{\left(7 x \right)} d x}=- \frac{\cos{\left(7 x \right)}}{7}$$$（手順は»を参照）。

この積分は次のように書き換えられる

$$e^{6} {\color{red}{\int{x \sin{\left(7 x \right)} d x}}}=e^{6} {\color{red}{\left(x \cdot \left(- \frac{\cos{\left(7 x \right)}}{7}\right)-\int{\left(- \frac{\cos{\left(7 x \right)}}{7}\right) \cdot 1 d x}\right)}}=e^{6} {\color{red}{\left(- \frac{x \cos{\left(7 x \right)}}{7} - \int{\left(- \frac{\cos{\left(7 x \right)}}{7}\right)d x}\right)}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=- \frac{1}{7}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = \cos{\left(7 x \right)}$$$ に対して適用する:

$$e^{6} \left(- \frac{x \cos{\left(7 x \right)}}{7} - {\color{red}{\int{\left(- \frac{\cos{\left(7 x \right)}}{7}\right)d x}}}\right) = e^{6} \left(- \frac{x \cos{\left(7 x \right)}}{7} - {\color{red}{\left(- \frac{\int{\cos{\left(7 x \right)} d x}}{7}\right)}}\right)$$

$$$u=7 x$$$ とする。

すると $$$du=\left(7 x\right)^{\prime }dx = 7 dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$dx = \frac{du}{7}$$$ となります。

積分は次のようになります

$$e^{6} \left(- \frac{x \cos{\left(7 x \right)}}{7} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(7 x \right)} d x}}}}{7}\right) = e^{6} \left(- \frac{x \cos{\left(7 x \right)}}{7} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(u \right)}}{7} d u}}}}{7}\right)$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{1}{7}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = \cos{\left(u \right)}$$$ に対して適用する:

$$e^{6} \left(- \frac{x \cos{\left(7 x \right)}}{7} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(u \right)}}{7} d u}}}}{7}\right) = e^{6} \left(- \frac{x \cos{\left(7 x \right)}}{7} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\cos{\left(u \right)} d u}}{7}\right)}}}{7}\right)$$

余弦の積分は$$$\int{\cos{\left(u \right)} d u} = \sin{\left(u \right)}$$$:

$$e^{6} \left(- \frac{x \cos{\left(7 x \right)}}{7} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(u \right)} d u}}}}{49}\right) = e^{6} \left(- \frac{x \cos{\left(7 x \right)}}{7} + \frac{{\color{red}{\sin{\left(u \right)}}}}{49}\right)$$

次のことを思い出してください $$$u=7 x$$$:

$$e^{6} \left(- \frac{x \cos{\left(7 x \right)}}{7} + \frac{\sin{\left({\color{red}{u}} \right)}}{49}\right) = e^{6} \left(- \frac{x \cos{\left(7 x \right)}}{7} + \frac{\sin{\left({\color{red}{\left(7 x\right)}} \right)}}{49}\right)$$

したがって、

$$\int{x e^{6} \sin{\left(7 x \right)} d x} = \left(- \frac{x \cos{\left(7 x \right)}}{7} + \frac{\sin{\left(7 x \right)}}{49}\right) e^{6}$$

簡単化せよ:

$$\int{x e^{6} \sin{\left(7 x \right)} d x} = \frac{\left(- 7 x \cos{\left(7 x \right)} + \sin{\left(7 x \right)}\right) e^{6}}{49}$$

積分定数を加える:

$$\int{x e^{6} \sin{\left(7 x \right)} d x} = \frac{\left(- 7 x \cos{\left(7 x \right)} + \sin{\left(7 x \right)}\right) e^{6}}{49}+C$$

$$$\int x e^{6} \sin{\left(7 x \right)}\, dx = \frac{\left(- 7 x \cos{\left(7 x \right)} + \sin{\left(7 x \right)}\right) e^{6}}{49} + C$$$A