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

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

積分 $$$\int{x \sin{\left(\frac{x}{2} \right)} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=x$$$ と $$$\operatorname{dv}=\sin{\left(\frac{x}{2} \right)} dx$$$ とする。

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

したがって、

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

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

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

$$$u=\frac{x}{2}$$$ とする。

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

したがって、

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

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

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

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

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

次のことを思い出してください $$$u=\frac{x}{2}$$$:

$$- 2 x \cos{\left(\frac{x}{2} \right)} + 4 \sin{\left({\color{red}{u}} \right)} = - 2 x \cos{\left(\frac{x}{2} \right)} + 4 \sin{\left({\color{red}{\left(\frac{x}{2}\right)}} \right)}$$

したがって、

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

積分定数を加える:

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

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