$$$2 \sin{\left(\ln\left(x\right) \right)}$$$の積分

$$$\int 2 \sin{\left(\ln\left(x\right) \right)}\, dx$$$ 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、$$$c=2$$$ と $$$f{\left(x \right)} = \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{2 \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x}}} = {\color{red}{\left(2 \int{\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x}\right)}}$$

積分 $$$\int{\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x}$$$ 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。

$$$\operatorname{u}=\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=dx$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}\right)^{\prime }dx=\frac{\cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}}{x} dx$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{1 d x}=x$$$（手順は»を参照）。

この積分は次のように書き換えられる

$$2 {\color{red}{\int{\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x}}}=2 {\color{red}{\left(\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} \cdot x-\int{x \cdot \frac{\cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}}{x} d x}\right)}}=2 {\color{red}{\left(x \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} - \int{\cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x}\right)}}$$

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

$$$\operatorname{u}=\cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}$$$ と $$$\operatorname{dv}=dx$$$ とする。

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}\right)^{\prime }dx=- \frac{\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}}{x} dx$$$（手順は»を参照）および$$$\operatorname{v}=\int{1 d x}=x$$$（手順は»を参照）。

したがって、

$$2 x \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} - 2 {\color{red}{\int{\cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x}}}=2 x \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} - 2 {\color{red}{\left(\cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} \cdot x-\int{x \cdot \left(- \frac{\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}}{x}\right) d x}\right)}}=2 x \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} - 2 {\color{red}{\left(x \cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} - \int{\left(- \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}\right)d x}\right)}}$$

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

$$2 x \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} - 2 x \cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} + 2 {\color{red}{\int{\left(- \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}\right)d x}}} = 2 x \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} - 2 x \cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} + 2 {\color{red}{\left(- \int{\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x}\right)}}$$

すでに見た積分に帰着しました。

したがって、積分に関する次の簡単な等式を得ました:

$$2 \int{\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x} = 2 x \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} - 2 x \cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} - 2 \int{\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x}$$

これを解くと、次のようになります。

$$\int{\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x} = \frac{x \left(\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} - \cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}\right)}{2}$$

したがって、

$$2 {\color{red}{\int{\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x}}} = 2 {\color{red}{\left(\frac{x \left(\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} - \cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}\right)}{2}\right)}}$$

したがって、

$$\int{2 \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x} = x \left(\sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} - \cos{\left(\ln{\left(x \right)} \right)}\right)$$

簡単化せよ:

$$\int{2 \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x} = - \sqrt{2} x \cos{\left(\ln{\left(x \right)} + \frac{\pi}{4} \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{2 \sin{\left(\ln{\left(x \right)} \right)} d x} = - \sqrt{2} x \cos{\left(\ln{\left(x \right)} + \frac{\pi}{4} \right)}+C$$

$$$\int 2 \sin{\left(\ln\left(x\right) \right)}\, dx = - \sqrt{2} x \cos{\left(\ln\left(x\right) + \frac{\pi}{4} \right)} + C$$$A