$$$x \operatorname{atan}{\left(x \right)}$$$의 적분

$$$\int x \operatorname{atan}{\left(x \right)}\, dx$$$을(를) 구하시오.

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

$$$\operatorname{u}=\operatorname{atan}{\left(x \right)}$$$와 $$$\operatorname{dv}=x dx$$$라고 하자.

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

적분은 다음과 같이 다시 쓸 수 있습니다.

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

피적분함수를 단순화하세요.:

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

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

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

분수식을 다시 쓰고 분리하세요:

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

각 항별로 적분하십시오:

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

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

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

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

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

따라서,

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

간단히 하시오:

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

적분 상수를 추가하세요:

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

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