$$$- 9 x e^{- 3 x}$$$ 的积分

求$$$\int \left(- 9 x e^{- 3 x}\right)\, dx$$$。

对 $$$c=-9$$$ 和 $$$f{\left(x \right)} = x e^{- 3 x}$$$ 应用常数倍法则 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$：

$${\color{red}{\int{\left(- 9 x e^{- 3 x}\right)d x}}} = {\color{red}{\left(- 9 \int{x e^{- 3 x} d x}\right)}}$$

对于积分$$$\int{x e^{- 3 x} d x}$$$，使用分部积分法$$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$。

设 $$$\operatorname{u}=x$$$ 和 $$$\operatorname{dv}=e^{- 3 x} dx$$$。

则 $$$\operatorname{du}=\left(x\right)^{\prime }dx=1 dx$$$ (步骤见 »)，并且 $$$\operatorname{v}=\int{e^{- 3 x} d x}=- \frac{e^{- 3 x}}{3}$$$ (步骤见 »)。

该积分可以改写为

$$- 9 {\color{red}{\int{x e^{- 3 x} d x}}}=- 9 {\color{red}{\left(x \cdot \left(- \frac{e^{- 3 x}}{3}\right)-\int{\left(- \frac{e^{- 3 x}}{3}\right) \cdot 1 d x}\right)}}=- 9 {\color{red}{\left(- \frac{x e^{- 3 x}}{3} - \int{\left(- \frac{e^{- 3 x}}{3}\right)d x}\right)}}$$

对 $$$c=- \frac{1}{3}$$$ 和 $$$f{\left(x \right)} = e^{- 3 x}$$$ 应用常数倍法则 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$：

$$3 x e^{- 3 x} + 9 {\color{red}{\int{\left(- \frac{e^{- 3 x}}{3}\right)d x}}} = 3 x e^{- 3 x} + 9 {\color{red}{\left(- \frac{\int{e^{- 3 x} d x}}{3}\right)}}$$

设$$$u=- 3 x$$$。

则$$$du=\left(- 3 x\right)^{\prime }dx = - 3 dx$$$ (步骤见»)，并有$$$dx = - \frac{du}{3}$$$。

积分变为

$$3 x e^{- 3 x} - 3 {\color{red}{\int{e^{- 3 x} d x}}} = 3 x e^{- 3 x} - 3 {\color{red}{\int{\left(- \frac{e^{u}}{3}\right)d u}}}$$

对 $$$c=- \frac{1}{3}$$$ 和 $$$f{\left(u \right)} = e^{u}$$$ 应用常数倍法则 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$：

$$3 x e^{- 3 x} - 3 {\color{red}{\int{\left(- \frac{e^{u}}{3}\right)d u}}} = 3 x e^{- 3 x} - 3 {\color{red}{\left(- \frac{\int{e^{u} d u}}{3}\right)}}$$

指数函数的积分为 $$$\int{e^{u} d u} = e^{u}$$$：

$$3 x e^{- 3 x} + {\color{red}{\int{e^{u} d u}}} = 3 x e^{- 3 x} + {\color{red}{e^{u}}}$$

回忆一下 $$$u=- 3 x$$$:

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

因此，

$$\int{\left(- 9 x e^{- 3 x}\right)d x} = 3 x e^{- 3 x} + e^{- 3 x}$$

化简：

$$\int{\left(- 9 x e^{- 3 x}\right)d x} = \left(3 x + 1\right) e^{- 3 x}$$

加上积分常数：

$$\int{\left(- 9 x e^{- 3 x}\right)d x} = \left(3 x + 1\right) e^{- 3 x}+C$$

$$$\int \left(- 9 x e^{- 3 x}\right)\, dx = \left(3 x + 1\right) e^{- 3 x} + C$$$A