$$$t \sin{\left(t^{2} \right)} \cos{\left(t^{2} \right)}$$$の積分

$$$\int t \sin{\left(t^{2} \right)} \cos{\left(t^{2} \right)}\, dt$$$ を求めよ。

$$$u=t^{2}$$$ とする。

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

したがって、

$${\color{red}{\int{t \sin{\left(t^{2} \right)} \cos{\left(t^{2} \right)} d t}}} = {\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(2 u \right)}}{4} d u}}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{1}{4}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = \sin{\left(2 u \right)}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(2 u \right)}}{4} d u}}} = {\color{red}{\left(\frac{\int{\sin{\left(2 u \right)} d u}}{4}\right)}}$$

$$$v=2 u$$$ とする。

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

この積分は次のように書き換えられる

$$\frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(2 u \right)} d u}}}}{4} = \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(v \right)}}{2} d v}}}}{4}$$

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

$$\frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(v \right)}}{2} d v}}}}{4} = \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\sin{\left(v \right)} d v}}{2}\right)}}}{4}$$

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

$$\frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(v \right)} d v}}}}{8} = \frac{{\color{red}{\left(- \cos{\left(v \right)}\right)}}}{8}$$

次のことを思い出してください $$$v=2 u$$$:

$$- \frac{\cos{\left({\color{red}{v}} \right)}}{8} = - \frac{\cos{\left({\color{red}{\left(2 u\right)}} \right)}}{8}$$

次のことを思い出してください $$$u=t^{2}$$$:

$$- \frac{\cos{\left(2 {\color{red}{u}} \right)}}{8} = - \frac{\cos{\left(2 {\color{red}{t^{2}}} \right)}}{8}$$

したがって、

$$\int{t \sin{\left(t^{2} \right)} \cos{\left(t^{2} \right)} d t} = - \frac{\cos{\left(2 t^{2} \right)}}{8}$$

積分定数を加える:

$$\int{t \sin{\left(t^{2} \right)} \cos{\left(t^{2} \right)} d t} = - \frac{\cos{\left(2 t^{2} \right)}}{8}+C$$

$$$\int t \sin{\left(t^{2} \right)} \cos{\left(t^{2} \right)}\, dt = - \frac{\cos{\left(2 t^{2} \right)}}{8} + C$$$A