$$$\frac{1}{\sqrt[3]{x} + x}$$$の積分

$$$\int \frac{1}{\sqrt[3]{x} + x}\, dx$$$ を求めよ。

$$$u=\sqrt[3]{x}$$$ とする。

すると $$$du=\left(\sqrt[3]{x}\right)^{\prime }dx = \frac{1}{3 x^{\frac{2}{3}}} dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$\frac{dx}{x^{\frac{2}{3}}} = 3 du$$$ となります。

この積分は次のように書き換えられる

$${\color{red}{\int{\frac{1}{\sqrt[3]{x} + x} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{3 u}{u^{2} + 1} d u}}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=3$$$ と $$$f{\left(u \right)} = \frac{u}{u^{2} + 1}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{\frac{3 u}{u^{2} + 1} d u}}} = {\color{red}{\left(3 \int{\frac{u}{u^{2} + 1} d u}\right)}}$$

$$$v=u^{2} + 1$$$ とする。

すると $$$dv=\left(u^{2} + 1\right)^{\prime }du = 2 u du$$$（手順は»で確認できます）、$$$u du = \frac{dv}{2}$$$ となります。

したがって、

$$3 {\color{red}{\int{\frac{u}{u^{2} + 1} d u}}} = 3 {\color{red}{\int{\frac{1}{2 v} d v}}}$$

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

$$3 {\color{red}{\int{\frac{1}{2 v} d v}}} = 3 {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{v} d v}}{2}\right)}}$$

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

$$\frac{3 {\color{red}{\int{\frac{1}{v} d v}}}}{2} = \frac{3 {\color{red}{\ln{\left(\left|{v}\right| \right)}}}}{2}$$

次のことを思い出してください $$$v=u^{2} + 1$$$:

$$\frac{3 \ln{\left(\left|{{\color{red}{v}}}\right| \right)}}{2} = \frac{3 \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(u^{2} + 1\right)}}}\right| \right)}}{2}$$

次のことを思い出してください $$$u=\sqrt[3]{x}$$$:

$$\frac{3 \ln{\left(1 + {\color{red}{u}}^{2} \right)}}{2} = \frac{3 \ln{\left(1 + {\color{red}{\sqrt[3]{x}}}^{2} \right)}}{2}$$

したがって、

$$\int{\frac{1}{\sqrt[3]{x} + x} d x} = \frac{3 \ln{\left(x^{\frac{2}{3}} + 1 \right)}}{2}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{1}{\sqrt[3]{x} + x} d x} = \frac{3 \ln{\left(x^{\frac{2}{3}} + 1 \right)}}{2}+C$$

$$$\int \frac{1}{\sqrt[3]{x} + x}\, dx = \frac{3 \ln\left(x^{\frac{2}{3}} + 1\right)}{2} + C$$$A