$$$\cos{\left(\ln\left(11 x\right) \right)}$$$の積分

$$$\int \cos{\left(\ln\left(11 x\right) \right)}\, dx$$$ を求めよ。

$$$u=11 x$$$ とする。

すると $$$du=\left(11 x\right)^{\prime }dx = 11 dx$$$（手順は»で確認できます）、$$$dx = \frac{du}{11}$$$ となります。

積分は次のようになります

$${\color{red}{\int{\cos{\left(\ln{\left(11 x \right)} \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}}{11} d u}}}$$

定数倍の法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ を、$$$c=\frac{1}{11}$$$ と $$$f{\left(u \right)} = \cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}$$$ に対して適用する:

$${\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}}{11} d u}}} = {\color{red}{\left(\frac{\int{\cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} d u}}{11}\right)}}$$

積分 $$$\int{\cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} d u}$$$ には、部分積分法$$$\int \operatorname{g} \operatorname{dv} = \operatorname{g}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{dg}$$$を用いてください。

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

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

この積分は次のように書き換えられる

$$\frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} d u}}}}{11}=\frac{{\color{red}{\left(\cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} \cdot u-\int{u \cdot \left(- \frac{\sin{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}}{u}\right) d u}\right)}}}{11}=\frac{{\color{red}{\left(u \cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} - \int{\left(- \sin{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}\right)d u}\right)}}}{11}$$

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

$$\frac{u \cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}}{11} - \frac{{\color{red}{\int{\left(- \sin{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}\right)d u}}}}{11} = \frac{u \cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}}{11} - \frac{{\color{red}{\left(- \int{\sin{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} d u}\right)}}}{11}$$

積分 $$$\int{\sin{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} d u}$$$ には、部分積分法$$$\int \operatorname{g} \operatorname{dv} = \operatorname{g}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{dg}$$$を用いてください。

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

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

積分は次のようになります

$$\frac{u \cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}}{11} + \frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} d u}}}}{11}=\frac{u \cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}}{11} + \frac{{\color{red}{\left(\sin{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} \cdot u-\int{u \cdot \frac{\cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}}{u} d u}\right)}}}{11}=\frac{u \cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}}{11} + \frac{{\color{red}{\left(u \sin{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} - \int{\cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} d u}\right)}}}{11}$$

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:

$$\frac{\int{\cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} d u}}{11} = \frac{u \sin{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}}{11} + \frac{u \cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}}{11} - \frac{\int{\cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} d u}}{11}$$

これを解くと、次のようになります。

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

したがって、

$$\frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} d u}}}}{11} = \frac{{\color{red}{\left(\frac{u \left(\sin{\left(\ln{\left(u \right)} \right)} + \cos{\left(\ln{\left(u \right)} \right)}\right)}{2}\right)}}}{11}$$

次のことを思い出してください $$$u=11 x$$$:

$$\frac{{\color{red}{u}} \left(\sin{\left(\ln{\left({\color{red}{u}} \right)} \right)} + \cos{\left(\ln{\left({\color{red}{u}} \right)} \right)}\right)}{22} = \frac{{\color{red}{\left(11 x\right)}} \left(\sin{\left(\ln{\left({\color{red}{\left(11 x\right)}} \right)} \right)} + \cos{\left(\ln{\left({\color{red}{\left(11 x\right)}} \right)} \right)}\right)}{22}$$

したがって、

$$\int{\cos{\left(\ln{\left(11 x \right)} \right)} d x} = \frac{x \left(\sin{\left(\ln{\left(11 x \right)} \right)} + \cos{\left(\ln{\left(11 x \right)} \right)}\right)}{2}$$

簡単化せよ:

$$\int{\cos{\left(\ln{\left(11 x \right)} \right)} d x} = \frac{\sqrt{2} x \sin{\left(\ln{\left(x \right)} + \frac{\pi}{4} + \ln{\left(11 \right)} \right)}}{2}$$

積分定数を加える:

$$\int{\cos{\left(\ln{\left(11 x \right)} \right)} d x} = \frac{\sqrt{2} x \sin{\left(\ln{\left(x \right)} + \frac{\pi}{4} + \ln{\left(11 \right)} \right)}}{2}+C$$

$$$\int \cos{\left(\ln\left(11 x\right) \right)}\, dx = \frac{\sqrt{2} x \sin{\left(\ln\left(x\right) + \frac{\pi}{4} + \ln\left(11\right) \right)}}{2} + C$$$A