$$$x$$$에 대한 $$$x \cos{\left(\pi n x \right)}$$$의 적분

$$$\int x \cos{\left(\pi n x \right)}\, dx$$$을(를) 구하시오.

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

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

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

적분은 다음과 같이 다시 쓸 수 있습니다.

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

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

$$- {\color{red}{\int{\frac{\sin{\left(\pi n x \right)}}{\pi n} d x}}} + \frac{x \sin{\left(\pi n x \right)}}{\pi n} = - {\color{red}{\frac{\int{\sin{\left(\pi n x \right)} d x}}{\pi n}}} + \frac{x \sin{\left(\pi n x \right)}}{\pi n}$$

$$$u=\pi n x$$$라 하자.

그러면 $$$du=\left(\pi n x\right)^{\prime }dx = \pi n dx$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$dx = \frac{du}{\pi n}$$$임을 얻습니다.

따라서,

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

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$을 $$$c=\frac{1}{\pi n}$$$와 $$$f{\left(u \right)} = \sin{\left(u \right)}$$$에 적용하세요:

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

사인 함수의 적분은 $$$\int{\sin{\left(u \right)} d u} = - \cos{\left(u \right)}$$$:

$$\frac{x \sin{\left(\pi n x \right)}}{\pi n} - \frac{{\color{red}{\int{\sin{\left(u \right)} d u}}}}{\pi^{2} n^{2}} = \frac{x \sin{\left(\pi n x \right)}}{\pi n} - \frac{{\color{red}{\left(- \cos{\left(u \right)}\right)}}}{\pi^{2} n^{2}}$$

다음 $$$u=\pi n x$$$을 기억하라:

$$\frac{x \sin{\left(\pi n x \right)}}{\pi n} + \frac{\cos{\left({\color{red}{u}} \right)}}{\pi^{2} n^{2}} = \frac{x \sin{\left(\pi n x \right)}}{\pi n} + \frac{\cos{\left({\color{red}{\pi n x}} \right)}}{\pi^{2} n^{2}}$$

따라서,

$$\int{x \cos{\left(\pi n x \right)} d x} = \frac{x \sin{\left(\pi n x \right)}}{\pi n} + \frac{\cos{\left(\pi n x \right)}}{\pi^{2} n^{2}}$$

간단히 하시오:

$$\int{x \cos{\left(\pi n x \right)} d x} = \frac{\pi n x \sin{\left(\pi n x \right)} + \cos{\left(\pi n x \right)}}{\pi^{2} n^{2}}$$

적분 상수를 추가하세요:

$$\int{x \cos{\left(\pi n x \right)} d x} = \frac{\pi n x \sin{\left(\pi n x \right)} + \cos{\left(\pi n x \right)}}{\pi^{2} n^{2}}+C$$

$$$\int x \cos{\left(\pi n x \right)}\, dx = \frac{\pi n x \sin{\left(\pi n x \right)} + \cos{\left(\pi n x \right)}}{\pi^{2} n^{2}} + C$$$A