$$$\frac{y}{x^{2} - 1}$$$ の $$$x$$$ に関する積分

$$$\int \frac{y}{x^{2} - 1}\, dx$$$ を求めよ。

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

$${\color{red}{\int{\frac{y}{x^{2} - 1} d x}}} = {\color{red}{y \int{\frac{1}{x^{2} - 1} d x}}}$$

部分分数分解を行う (手順は»で確認できます):

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

項別に積分せよ:

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

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

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

$$$u=x - 1$$$ 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。

積分は次のようになります

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

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

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

次のことを思い出してください $$$u=x - 1$$$:

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

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

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

$$$u=x + 1$$$ 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

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

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

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

次のことを思い出してください $$$u=x + 1$$$:

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

したがって、

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

簡単化せよ:

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

積分定数を加える:

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

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