$$$\frac{s \sec^{2}{\left(x \right)}}{\left(1 - \tan{\left(x \right)}\right)^{2}}$$$ の $$$x$$$ に関する積分

$$$\int \frac{s \sec^{2}{\left(x \right)}}{\left(1 - \tan{\left(x \right)}\right)^{2}}\, dx$$$ 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、$$$c=s$$$ と $$$f{\left(x \right)} = \frac{\sec^{2}{\left(x \right)}}{\left(1 - \tan{\left(x \right)}\right)^{2}}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{\frac{s \sec^{2}{\left(x \right)}}{\left(1 - \tan{\left(x \right)}\right)^{2}} d x}}} = {\color{red}{s \int{\frac{\sec^{2}{\left(x \right)}}{\left(1 - \tan{\left(x \right)}\right)^{2}} d x}}}$$

$$$u=1 - \tan{\left(x \right)}$$$ とする。

すると $$$du=\left(1 - \tan{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx = - \sec^{2}{\left(x \right)} dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$\sec^{2}{\left(x \right)} dx = - du$$$ となります。

この積分は次のように書き換えられる

$$s {\color{red}{\int{\frac{\sec^{2}{\left(x \right)}}{\left(1 - \tan{\left(x \right)}\right)^{2}} d x}}} = s {\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{u^{2}}\right)d u}}}$$

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

$$s {\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{u^{2}}\right)d u}}} = s {\color{red}{\left(- \int{\frac{1}{u^{2}} d u}\right)}}$$

$$$n=-2$$$ を用いて、べき乗の法則 $$$\int u^{n}\, du = \frac{u^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$ を適用します:

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

次のことを思い出してください $$$u=1 - \tan{\left(x \right)}$$$:

$$s {\color{red}{u}}^{-1} = s {\color{red}{\left(1 - \tan{\left(x \right)}\right)}}^{-1}$$

したがって、

$$\int{\frac{s \sec^{2}{\left(x \right)}}{\left(1 - \tan{\left(x \right)}\right)^{2}} d x} = \frac{s}{1 - \tan{\left(x \right)}}$$

簡単化せよ:

$$\int{\frac{s \sec^{2}{\left(x \right)}}{\left(1 - \tan{\left(x \right)}\right)^{2}} d x} = - \frac{s}{\tan{\left(x \right)} - 1}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{s \sec^{2}{\left(x \right)}}{\left(1 - \tan{\left(x \right)}\right)^{2}} d x} = - \frac{s}{\tan{\left(x \right)} - 1}+C$$

$$$\int \frac{s \sec^{2}{\left(x \right)}}{\left(1 - \tan{\left(x \right)}\right)^{2}}\, dx = - \frac{s}{\tan{\left(x \right)} - 1} + C$$$A