$$$e^{x} \cosh{\left(x \right)}$$$の積分

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

双曲線関数を指数関数で表せ:

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

被積分関数を簡単化する:

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

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

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

Simplify:

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

項別に積分せよ:

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

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

$$\frac{\int{e^{2 x} d x}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{1 d x}}}}{2} = \frac{\int{e^{2 x} d x}}{2} + \frac{{\color{red}{x}}}{2}$$

$$$u=2 x$$$ とする。

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

したがって、

$$\frac{x}{2} + \frac{{\color{red}{\int{e^{2 x} d x}}}}{2} = \frac{x}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{e^{u}}{2} d u}}}}{2}$$

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 $$$f{\left(u \right)} = e^{u}$$$ に対して適用する:

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

指数関数の積分は $$$\int{e^{u} d u} = e^{u}$$$です:

$$\frac{x}{2} + \frac{{\color{red}{\int{e^{u} d u}}}}{4} = \frac{x}{2} + \frac{{\color{red}{e^{u}}}}{4}$$

次のことを思い出してください $$$u=2 x$$$:

$$\frac{x}{2} + \frac{e^{{\color{red}{u}}}}{4} = \frac{x}{2} + \frac{e^{{\color{red}{\left(2 x\right)}}}}{4}$$

したがって、

$$\int{e^{x} \cosh{\left(x \right)} d x} = \frac{x}{2} + \frac{e^{2 x}}{4}$$

積分定数を加える:

$$\int{e^{x} \cosh{\left(x \right)} d x} = \frac{x}{2} + \frac{e^{2 x}}{4}+C$$

$$$\int e^{x} \cosh{\left(x \right)}\, dx = \left(\frac{x}{2} + \frac{e^{2 x}}{4}\right) + C$$$A