$$$\tan{\left(2 x \right)}$$$の積分

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

$$$u=2 x$$$ 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、

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

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

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

正接を$$$\tan\left( u \right)=\frac{\sin\left( u \right)}{\cos\left( u \right)}$$$に書き換える:

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

$$$v=\cos{\left(u \right)}$$$ とする。

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

したがって、

$$\frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(u \right)}}{\cos{\left(u \right)}} d u}}}}{2} = \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{v}\right)d v}}}}{2}$$

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

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

$$$\frac{1}{v}$$$ の不定積分は $$$\int{\frac{1}{v} d v} = \ln{\left(\left|{v}\right| \right)}$$$ です:

$$- \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}}}{2} = - \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{v}\right| \right)}}}}{2}$$

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

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

次のことを思い出してください $$$u=2 x$$$:

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

したがって、

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

積分定数を加える:

$$\int{\tan{\left(2 x \right)} d x} = - \frac{\ln{\left(\left|{\cos{\left(2 x \right)}}\right| \right)}}{2}+C$$

$$$\int \tan{\left(2 x \right)}\, dx = - \frac{\ln\left(\left|{\cos{\left(2 x \right)}}\right|\right)}{2} + C$$$A