$$$\frac{x}{x + 3}$$$の積分

$$$\int \frac{x}{x + 3}\, dx$$$ を求めよ。

分数を変形して分解する:

$${\color{red}{\int{\frac{x}{x + 3} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(1 - \frac{3}{x + 3}\right)d x}}}$$

項別に積分せよ:

$${\color{red}{\int{\left(1 - \frac{3}{x + 3}\right)d x}}} = {\color{red}{\left(\int{1 d x} - \int{\frac{3}{x + 3} d x}\right)}}$$

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

$$- \int{\frac{3}{x + 3} d x} + {\color{red}{\int{1 d x}}} = - \int{\frac{3}{x + 3} d x} + {\color{red}{x}}$$

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

$$x - {\color{red}{\int{\frac{3}{x + 3} d x}}} = x - {\color{red}{\left(3 \int{\frac{1}{x + 3} d x}\right)}}$$

$$$u=x + 3$$$ とする。

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

したがって、

$$x - 3 {\color{red}{\int{\frac{1}{x + 3} d x}}} = x - 3 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}$$

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

$$x - 3 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}} = x - 3 {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}$$

次のことを思い出してください $$$u=x + 3$$$:

$$x - 3 \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} = x - 3 \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x + 3\right)}}}\right| \right)}$$

したがって、

$$\int{\frac{x}{x + 3} d x} = x - 3 \ln{\left(\left|{x + 3}\right| \right)}$$

積分定数を加える:

$$\int{\frac{x}{x + 3} d x} = x - 3 \ln{\left(\left|{x + 3}\right| \right)}+C$$

$$$\int \frac{x}{x + 3}\, dx = \left(x - 3 \ln\left(\left|{x + 3}\right|\right)\right) + C$$$A