$$$x^{3} e^{6 x}$$$の積分

$$$\int x^{3} e^{6 x}\, dx$$$ を求めよ。

積分 $$$\int{x^{3} e^{6 x} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=x^{3}$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{6 x} dx$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(x^{3}\right)^{\prime }dx=3 x^{2} dx$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{6 x} d x}=\frac{e^{6 x}}{6}$$$（手順は»を参照）。

したがって、

$${\color{red}{\int{x^{3} e^{6 x} d x}}}={\color{red}{\left(x^{3} \cdot \frac{e^{6 x}}{6}-\int{\frac{e^{6 x}}{6} \cdot 3 x^{2} d x}\right)}}={\color{red}{\left(\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \int{\frac{x^{2} e^{6 x}}{2} d x}\right)}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{2}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = x^{2} e^{6 x}$$$ に対して適用する:

$$\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - {\color{red}{\int{\frac{x^{2} e^{6 x}}{2} d x}}} = \frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - {\color{red}{\left(\frac{\int{x^{2} e^{6 x} d x}}{2}\right)}}$$

積分 $$$\int{x^{2} e^{6 x} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=x^{2}$$$ と $$$\operatorname{dv}=e^{6 x} dx$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(x^{2}\right)^{\prime }dx=2 x dx$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{e^{6 x} d x}=\frac{e^{6 x}}{6}$$$（手順は»を参照）。

積分は次のようになります

$$\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{{\color{red}{\int{x^{2} e^{6 x} d x}}}}{2}=\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{{\color{red}{\left(x^{2} \cdot \frac{e^{6 x}}{6}-\int{\frac{e^{6 x}}{6} \cdot 2 x d x}\right)}}}{2}=\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{{\color{red}{\left(\frac{x^{2} e^{6 x}}{6} - \int{\frac{x e^{6 x}}{3} d x}\right)}}}{2}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{3}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = x e^{6 x}$$$ に対して適用する:

$$\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{x e^{6 x}}{3} d x}}}}{2} = \frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{x e^{6 x} d x}}{3}\right)}}}{2}$$

積分 $$$\int{x e^{6 x} d x}$$$ 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 $$$\operatorname{dv}=e^{6 x} dx$$$ 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$$$\operatorname{v}=\int{e^{6 x} d x}=\frac{e^{6 x}}{6}$$$（手順は»を参照）。

したがって、

$$\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{{\color{red}{\int{x e^{6 x} d x}}}}{6}=\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{{\color{red}{\left(x \cdot \frac{e^{6 x}}{6}-\int{\frac{e^{6 x}}{6} \cdot 1 d x}\right)}}}{6}=\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{{\color{red}{\left(\frac{x e^{6 x}}{6} - \int{\frac{e^{6 x}}{6} d x}\right)}}}{6}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{6}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = e^{6 x}$$$ に対して適用する:

$$\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{x e^{6 x}}{36} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{e^{6 x}}{6} d x}}}}{6} = \frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{x e^{6 x}}{36} - \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{e^{6 x} d x}}{6}\right)}}}{6}$$

$$$u=6 x$$$ とする。

すると $$$du=\left(6 x\right)^{\prime }dx = 6 dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$dx = \frac{du}{6}$$$ となります。

この積分は次のように書き換えられる

$$\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{x e^{6 x}}{36} - \frac{{\color{red}{\int{e^{6 x} d x}}}}{36} = \frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{x e^{6 x}}{36} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{e^{u}}{6} d u}}}}{36}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{1}{6}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = e^{u}$$$ に対して適用する:

$$\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{x e^{6 x}}{36} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{e^{u}}{6} d u}}}}{36} = \frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{x e^{6 x}}{36} - \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{e^{u} d u}}{6}\right)}}}{36}$$

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

$$\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{x e^{6 x}}{36} - \frac{{\color{red}{\int{e^{u} d u}}}}{216} = \frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{x e^{6 x}}{36} - \frac{{\color{red}{e^{u}}}}{216}$$

次のことを思い出してください $$$u=6 x$$$:

$$\frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{x e^{6 x}}{36} - \frac{e^{{\color{red}{u}}}}{216} = \frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{x e^{6 x}}{36} - \frac{e^{{\color{red}{\left(6 x\right)}}}}{216}$$

したがって、

$$\int{x^{3} e^{6 x} d x} = \frac{x^{3} e^{6 x}}{6} - \frac{x^{2} e^{6 x}}{12} + \frac{x e^{6 x}}{36} - \frac{e^{6 x}}{216}$$

簡単化せよ:

$$\int{x^{3} e^{6 x} d x} = \frac{\left(36 x^{3} - 18 x^{2} + 6 x - 1\right) e^{6 x}}{216}$$

積分定数を加える:

$$\int{x^{3} e^{6 x} d x} = \frac{\left(36 x^{3} - 18 x^{2} + 6 x - 1\right) e^{6 x}}{216}+C$$

$$$\int x^{3} e^{6 x}\, dx = \frac{\left(36 x^{3} - 18 x^{2} + 6 x - 1\right) e^{6 x}}{216} + C$$$A