$$$x \cos{\left(9 x \right)}$$$の積分

$$$\int x \cos{\left(9 x \right)}\, dx$$$ を求めよ。

積分 $$$\int{x \cos{\left(9 x \right)} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=x$$$ と $$$\operatorname{dv}=\cos{\left(9 x \right)} dx$$$ 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$$$\operatorname{v}=\int{\cos{\left(9 x \right)} d x}=\frac{\sin{\left(9 x \right)}}{9}$$$（手順は»を参照）。

したがって、

$${\color{red}{\int{x \cos{\left(9 x \right)} d x}}}={\color{red}{\left(x \cdot \frac{\sin{\left(9 x \right)}}{9}-\int{\frac{\sin{\left(9 x \right)}}{9} \cdot 1 d x}\right)}}={\color{red}{\left(\frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} - \int{\frac{\sin{\left(9 x \right)}}{9} d x}\right)}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ を、$$$c=\frac{1}{9}$$$ と $$$f{\left(x \right)} = \sin{\left(9 x \right)}$$$ に対して適用する:

$$\frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} - {\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(9 x \right)}}{9} d x}}} = \frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} - {\color{red}{\left(\frac{\int{\sin{\left(9 x \right)} d x}}{9}\right)}}$$

$$$u=9 x$$$ とする。

すると $$$du=\left(9 x\right)^{\prime }dx = 9 dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$dx = \frac{du}{9}$$$ となります。

したがって、

$$\frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} - \frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(9 x \right)} d x}}}}{9} = \frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(u \right)}}{9} d u}}}}{9}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{1}{9}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = \sin{\left(u \right)}$$$ に対して適用する:

$$\frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} - \frac{{\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(u \right)}}{9} d u}}}}{9} = \frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} - \frac{{\color{red}{\left(\frac{\int{\sin{\left(u \right)} d u}}{9}\right)}}}{9}$$

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

$$\frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} - \frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(u \right)} d u}}}}{81} = \frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} - \frac{{\color{red}{\left(- \cos{\left(u \right)}\right)}}}{81}$$

次のことを思い出してください $$$u=9 x$$$:

$$\frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} + \frac{\cos{\left({\color{red}{u}} \right)}}{81} = \frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} + \frac{\cos{\left({\color{red}{\left(9 x\right)}} \right)}}{81}$$

したがって、

$$\int{x \cos{\left(9 x \right)} d x} = \frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} + \frac{\cos{\left(9 x \right)}}{81}$$

積分定数を加える:

$$\int{x \cos{\left(9 x \right)} d x} = \frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} + \frac{\cos{\left(9 x \right)}}{81}+C$$

$$$\int x \cos{\left(9 x \right)}\, dx = \left(\frac{x \sin{\left(9 x \right)}}{9} + \frac{\cos{\left(9 x \right)}}{81}\right) + C$$$A