$$$\ln\left(x^{2} + 1\right)$$$의 적분

$$$\int \ln\left(x^{2} + 1\right)\, dx$$$을(를) 구하시오.

적분 $$$\int{\ln{\left(x^{2} + 1 \right)} d x}$$$에 대해서는 부분적분법 $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$을 사용하십시오.

$$$\operatorname{u}=\ln{\left(x^{2} + 1 \right)}$$$와 $$$\operatorname{dv}=dx$$$라고 하자.

그러면 $$$\operatorname{du}=\left(\ln{\left(x^{2} + 1 \right)}\right)^{\prime }dx=\frac{2 x}{x^{2} + 1} dx$$$ (»에서 풀이 과정을 볼 수 있음) 및 $$$\operatorname{v}=\int{1 d x}=x$$$ (»에서 풀이 과정을 볼 수 있음).

따라서,

$${\color{red}{\int{\ln{\left(x^{2} + 1 \right)} d x}}}={\color{red}{\left(\ln{\left(x^{2} + 1 \right)} \cdot x-\int{x \cdot \frac{2 x}{x^{2} + 1} d x}\right)}}={\color{red}{\left(x \ln{\left(x^{2} + 1 \right)} - \int{\frac{2 x^{2}}{x^{2} + 1} d x}\right)}}$$

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$을 $$$c=2$$$와 $$$f{\left(x \right)} = \frac{x^{2}}{x^{2} + 1}$$$에 적용하세요:

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

분수식을 다시 쓰고 분리하세요:

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

각 항별로 적분하십시오:

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

상수 법칙 $$$\int c\, dx = c x$$$을 $$$c=1$$$에 적용하십시오:

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

$$$\frac{1}{x^{2} + 1}$$$의 적분은 $$$\int{\frac{1}{x^{2} + 1} d x} = \operatorname{atan}{\left(x \right)}$$$:

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

따라서,

$$\int{\ln{\left(x^{2} + 1 \right)} d x} = x \ln{\left(x^{2} + 1 \right)} - 2 x + 2 \operatorname{atan}{\left(x \right)}$$

적분 상수를 추가하세요:

$$\int{\ln{\left(x^{2} + 1 \right)} d x} = x \ln{\left(x^{2} + 1 \right)} - 2 x + 2 \operatorname{atan}{\left(x \right)}+C$$

$$$\int \ln\left(x^{2} + 1\right)\, dx = \left(x \ln\left(x^{2} + 1\right) - 2 x + 2 \operatorname{atan}{\left(x \right)}\right) + C$$$A