$$$t^{2} e^{5 t}$$$の積分

$$$\int t^{2} e^{5 t}\, dt$$$ を求めよ。

積分 $$$\int{t^{2} e^{5 t} d t}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=t^{2}$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{5 t} dt$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(t^{2}\right)^{\prime }dt=2 t dt$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{5 t} d t}=\frac{e^{5 t}}{5}$$$（手順は»を参照）。

したがって、

$${\color{red}{\int{t^{2} e^{5 t} d t}}}={\color{red}{\left(t^{2} \cdot \frac{e^{5 t}}{5}-\int{\frac{e^{5 t}}{5} \cdot 2 t d t}\right)}}={\color{red}{\left(\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \int{\frac{2 t e^{5 t}}{5} d t}\right)}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(t \right)}\, dt = c \int f{\left(t \right)}\, dt$$$ を、$$$c=\frac{2}{5}$$$ と $$$f{\left(t \right)} = t e^{5 t}$$$ に対して適用する:

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

積分 $$$\int{t e^{5 t} d t}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=t$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{5 t} dt$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(t\right)^{\prime }dt=1 dt$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{5 t} d t}=\frac{e^{5 t}}{5}$$$（手順は»を参照）。

したがって、

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 {\color{red}{\int{t e^{5 t} d t}}}}{5}=\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 {\color{red}{\left(t \cdot \frac{e^{5 t}}{5}-\int{\frac{e^{5 t}}{5} \cdot 1 d t}\right)}}}{5}=\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 {\color{red}{\left(\frac{t e^{5 t}}{5} - \int{\frac{e^{5 t}}{5} d t}\right)}}}{5}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(t \right)}\, dt = c \int f{\left(t \right)}\, dt$$$ を、$$$c=\frac{1}{5}$$$ と $$$f{\left(t \right)} = e^{5 t}$$$ に対して適用する:

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\int{\frac{e^{5 t}}{5} d t}}}}{5} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\left(\frac{\int{e^{5 t} d t}}{5}\right)}}}{5}$$

$$$u=5 t$$$ とする。

すると $$$du=\left(5 t\right)^{\prime }dt = 5 dt$$$（手順は»で確認できます）、$$$dt = \frac{du}{5}$$$ となります。

この積分は次のように書き換えられる

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\int{e^{5 t} d t}}}}{25} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\int{\frac{e^{u}}{5} d u}}}}{25}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{1}{5}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = e^{u}$$$ に対して適用する:

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\int{\frac{e^{u}}{5} d u}}}}{25} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\left(\frac{\int{e^{u} d u}}{5}\right)}}}{25}$$

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

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\int{e^{u} d u}}}}{125} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{e^{u}}}}{125}$$

次のことを思い出してください $$$u=5 t$$$:

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 e^{{\color{red}{u}}}}{125} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 e^{{\color{red}{\left(5 t\right)}}}}{125}$$

したがって、

$$\int{t^{2} e^{5 t} d t} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 e^{5 t}}{125}$$

簡単化せよ:

$$\int{t^{2} e^{5 t} d t} = \frac{\left(25 t^{2} - 10 t + 2\right) e^{5 t}}{125}$$

積分定数を加える:

$$\int{t^{2} e^{5 t} d t} = \frac{\left(25 t^{2} - 10 t + 2\right) e^{5 t}}{125}+C$$

$$$\int t^{2} e^{5 t}\, dt = \frac{\left(25 t^{2} - 10 t + 2\right) e^{5 t}}{125} + C$$$A