$$$- \cot{\left(x \right)}$$$の積分

$$$\int \left(- \cot{\left(x \right)}\right)\, dx$$$ 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、$$$c=-1$$$ と $$$f{\left(x \right)} = \cot{\left(x \right)}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{\left(- \cot{\left(x \right)}\right)d x}}} = {\color{red}{\left(- \int{\cot{\left(x \right)} d x}\right)}}$$

余接関数を$$$\cot\left(x\right)=\frac{\cos\left(x\right)}{\sin\left(x\right)}$$$として書き換えなさい:

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

$$$u=\sin{\left(x \right)}$$$ とする。

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

したがって、

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

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

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

次のことを思い出してください $$$u=\sin{\left(x \right)}$$$:

$$- \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} = - \ln{\left(\left|{{\color{red}{\sin{\left(x \right)}}}}\right| \right)}$$

したがって、

$$\int{\left(- \cot{\left(x \right)}\right)d x} = - \ln{\left(\left|{\sin{\left(x \right)}}\right| \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{\left(- \cot{\left(x \right)}\right)d x} = - \ln{\left(\left|{\sin{\left(x \right)}}\right| \right)}+C$$

$$$\int \left(- \cot{\left(x \right)}\right)\, dx = - \ln\left(\left|{\sin{\left(x \right)}}\right|\right) + C$$$A