$$$\operatorname{atanh}{\left(x \right)}$$$の積分

この計算機は、手順を示しながら$$$\operatorname{atanh}{\left(x \right)}$$$の不定積分(原始関数)を求めます。

関連する計算機: 定積分・広義積分計算機

$$$dx$$$$$$dy$$$ などの微分記号を使わずに書いてください。
自動検出のため、空欄のままにしてください。

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入力内容

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

解答

積分 $$$\int{\operatorname{atanh}{\left(x \right)} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=\operatorname{atanh}{\left(x \right)}$$$$$$\operatorname{dv}=dx$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\operatorname{atanh}{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx=- \frac{1}{x^{2} - 1} dx$$$(手順は»を参照)および$$$\operatorname{v}=\int{1 d x}=x$$$(手順は»を参照)。

したがって、

$${\color{red}{\int{\operatorname{atanh}{\left(x \right)} d x}}}={\color{red}{\left(\operatorname{atanh}{\left(x \right)} \cdot x-\int{x \cdot \left(- \frac{1}{x^{2} - 1}\right) d x}\right)}}={\color{red}{\left(x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} - \int{\left(- \frac{x}{\left(x - 1\right) \left(x + 1\right)}\right)d x}\right)}}$$

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

$$x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} - {\color{red}{\int{\left(- \frac{x}{\left(x - 1\right) \left(x + 1\right)}\right)d x}}} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} - {\color{red}{\left(- \int{\frac{x}{\left(x - 1\right) \left(x + 1\right)} d x}\right)}}$$

部分分数分解を行う (手順は»で確認できます):

$$x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + {\color{red}{\int{\frac{x}{\left(x - 1\right) \left(x + 1\right)} d x}}} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + {\color{red}{\int{\left(\frac{1}{2 \left(x + 1\right)} + \frac{1}{2 \left(x - 1\right)}\right)d x}}}$$

項別に積分せよ:

$$x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + {\color{red}{\int{\left(\frac{1}{2 \left(x + 1\right)} + \frac{1}{2 \left(x - 1\right)}\right)d x}}} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + {\color{red}{\left(\int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} + \int{\frac{1}{2 \left(x + 1\right)} d x}\right)}}$$

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

$$x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} + {\color{red}{\int{\frac{1}{2 \left(x + 1\right)} d x}}} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} + {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{x + 1} d x}}{2}\right)}}$$

$$$u=x + 1$$$ とする。

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

したがって、

$$x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{x + 1} d x}}}}{2} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{2}$$

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

$$x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{2} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} + \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{2}$$

次のことを思い出してください $$$u=x + 1$$$:

$$x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{2} + \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x + 1\right)}}}\right| \right)}}{2} + \int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x}$$

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

$$x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} + {\color{red}{\int{\frac{1}{2 \left(x - 1\right)} d x}}} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} + {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{x - 1} d x}}{2}\right)}}$$

$$$u=x - 1$$$ とする。

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

この積分は次のように書き換えられる

$$x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{x - 1} d x}}}}{2} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{2}$$

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

$$x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{2} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{2}$$

次のことを思い出してください $$$u=x - 1$$$:

$$x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{2} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2} + \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x - 1\right)}}}\right| \right)}}{2}$$

したがって、

$$\int{\operatorname{atanh}{\left(x \right)} d x} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln{\left(\left|{x - 1}\right| \right)}}{2} + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2}$$

積分定数を加える:

$$\int{\operatorname{atanh}{\left(x \right)} d x} = x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln{\left(\left|{x - 1}\right| \right)}}{2} + \frac{\ln{\left(\left|{x + 1}\right| \right)}}{2}+C$$

解答

$$$\int \operatorname{atanh}{\left(x \right)}\, dx = \left(x \operatorname{atanh}{\left(x \right)} + \frac{\ln\left(\left|{x - 1}\right|\right)}{2} + \frac{\ln\left(\left|{x + 1}\right|\right)}{2}\right) + C$$$A


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