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

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

項別に積分せよ:

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

$$$u=2 x$$$ 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、

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

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

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

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

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

次のことを思い出してください $$$u=2 x$$$:

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

$$$u=2 x$$$ 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、

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

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

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

正弦関数の不定積分は$$$\int{\sin{\left(u \right)} d u} = - \cos{\left(u \right)}$$$です:

$$- \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(u \right)} d u}}}}{2} = - \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\left(- \cos{\left(u \right)}\right)}}}{2}$$

次のことを思い出してください $$$u=2 x$$$:

$$- \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} - \frac{\cos{\left({\color{red}{u}} \right)}}{2} = - \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} - \frac{\cos{\left({\color{red}{\left(2 x\right)}} \right)}}{2}$$

したがって、

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

簡単化せよ:

$$\int{\left(\sin{\left(2 x \right)} - \cos{\left(2 x \right)}\right)d x} = - \frac{\sqrt{2} \sin{\left(2 x + \frac{\pi}{4} \right)}}{2}$$

積分定数を加える:

$$\int{\left(\sin{\left(2 x \right)} - \cos{\left(2 x \right)}\right)d x} = - \frac{\sqrt{2} \sin{\left(2 x + \frac{\pi}{4} \right)}}{2}+C$$

$$$\int \left(\sin{\left(2 x \right)} - \cos{\left(2 x \right)}\right)\, dx = - \frac{\sqrt{2} \sin{\left(2 x + \frac{\pi}{4} \right)}}{2} + C$$$A