$$$n \tan{\left(x \right)}$$$ の $$$x$$$ に関する積分

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

$${\color{red}{\int{n \tan{\left(x \right)} d x}}} = {\color{red}{n \int{\tan{\left(x \right)} d x}}}$$

正接を$$$\tan\left(x\right)=\frac{\sin\left(x\right)}{\cos\left(x\right)}$$$に書き換える:

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

$$$u=\cos{\left(x \right)}$$$ とする。

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

積分は次のようになります

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

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

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

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

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

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

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

したがって、

$$\int{n \tan{\left(x \right)} d x} = - n \ln{\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right| \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{n \tan{\left(x \right)} d x} = - n \ln{\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right| \right)}+C$$

$$$\int n \tan{\left(x \right)}\, dx = - n \ln\left(\left|{\cos{\left(x \right)}}\right|\right) + C$$$A