$$$\operatorname{acsc}{\left(x \right)}$$$の積分

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

積分 $$$\int{\operatorname{acsc}{\left(x \right)} d x}$$$ 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。

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

したがって、$$$\operatorname{du}=\left(\operatorname{acsc}{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx=- \frac{\left|{x}\right|}{x^{2} \sqrt{x^{2} - 1}} dx$$$（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、

$${\color{red}{\int{\operatorname{acsc}{\left(x \right)} d x}}}={\color{red}{\left(\operatorname{acsc}{\left(x \right)} \cdot x-\int{x \cdot \left(- \frac{\left|{x}\right|}{x^{2} \sqrt{x^{2} - 1}}\right) d x}\right)}}={\color{red}{\left(x \operatorname{acsc}{\left(x \right)} - \int{\left(- \frac{\left|{x}\right|}{x \sqrt{x^{2} - 1}}\right)d x}\right)}}$$

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

$$x \operatorname{acsc}{\left(x \right)} - {\color{red}{\int{\left(- \frac{\left|{x}\right|}{x \sqrt{x^{2} - 1}}\right)d x}}} = x \operatorname{acsc}{\left(x \right)} - {\color{red}{\left(- \int{\frac{1}{\sqrt{x^{2} - 1}} d x}\right)}}$$

$$$x=\cosh{\left(u \right)}$$$ とする。

すると $$$dx=\left(\cosh{\left(u \right)}\right)^{\prime }du = \sinh{\left(u \right)} du$$$ (手順は»で確認できます)。

また、$$$u=\operatorname{acosh}{\left(x \right)}$$$が成り立つ。

したがって、

$$$\frac{1}{\sqrt{x^{2} - 1}} = \frac{1}{\sqrt{\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1}}$$$

恒等式 $$$\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1 = \sinh^{2}{\left( u \right)}$$$ を用いよ:

$$$\frac{1}{\sqrt{\cosh^{2}{\left( u \right)} - 1}}=\frac{1}{\sqrt{\sinh^{2}{\left( u \right)}}}$$$

$$$\sinh{\left( u \right)} \ge 0$$$ を仮定すると、以下が得られる:

$$$\frac{1}{\sqrt{\sinh^{2}{\left( u \right)}}} = \frac{1}{\sinh{\left( u \right)}}$$$

したがって、

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

$$$c=1$$$ に対して定数則 $$$\int c\, du = c u$$$ を適用する:

$$x \operatorname{acsc}{\left(x \right)} + {\color{red}{\int{1 d u}}} = x \operatorname{acsc}{\left(x \right)} + {\color{red}{u}}$$

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

$$x \operatorname{acsc}{\left(x \right)} + {\color{red}{u}} = x \operatorname{acsc}{\left(x \right)} + {\color{red}{\operatorname{acosh}{\left(x \right)}}}$$

したがって、

$$\int{\operatorname{acsc}{\left(x \right)} d x} = x \operatorname{acsc}{\left(x \right)} + \operatorname{acosh}{\left(x \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{\operatorname{acsc}{\left(x \right)} d x} = x \operatorname{acsc}{\left(x \right)} + \operatorname{acosh}{\left(x \right)}+C$$

$$$\int \operatorname{acsc}{\left(x \right)}\, dx = \left(x \operatorname{acsc}{\left(x \right)} + \operatorname{acosh}{\left(x \right)}\right) + C$$$A