$$$96 x^{2} \cos{\left(2 x \right)}$$$ 的积分

求$$$\int 96 x^{2} \cos{\left(2 x \right)}\, dx$$$。

对 $$$c=96$$$ 和 $$$f{\left(x \right)} = x^{2} \cos{\left(2 x \right)}$$$ 应用常数倍法则 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$：

$${\color{red}{\int{96 x^{2} \cos{\left(2 x \right)} d x}}} = {\color{red}{\left(96 \int{x^{2} \cos{\left(2 x \right)} d x}\right)}}$$

对于积分$$$\int{x^{2} \cos{\left(2 x \right)} d x}$$$，使用分部积分法$$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$。

设 $$$\operatorname{u}=x^{2}$$$ 和 $$$\operatorname{dv}=\cos{\left(2 x \right)} dx$$$。

则 $$$\operatorname{du}=\left(x^{2}\right)^{\prime }dx=2 x dx$$$ (步骤见 »)，并且 $$$\operatorname{v}=\int{\cos{\left(2 x \right)} d x}=\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2}$$$ (步骤见 »)。

该积分可以改写为

$$96 {\color{red}{\int{x^{2} \cos{\left(2 x \right)} d x}}}=96 {\color{red}{\left(x^{2} \cdot \frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2}-\int{\frac{\sin{\left(2 x \right)}}{2} \cdot 2 x d x}\right)}}=96 {\color{red}{\left(\frac{x^{2} \sin{\left(2 x \right)}}{2} - \int{x \sin{\left(2 x \right)} d x}\right)}}$$

对于积分$$$\int{x \sin{\left(2 x \right)} d x}$$$，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 $$$\operatorname{dv}=\sin{\left(2 x \right)} dx$$$。

则 $$$\operatorname{du}=\left(x\right)^{\prime }dx=1 dx$$$ (步骤见 »)，并且 $$$\operatorname{v}=\int{\sin{\left(2 x \right)} d x}=- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2}$$$ (步骤见 »)。

所以，

$$48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} - 96 {\color{red}{\int{x \sin{\left(2 x \right)} d x}}}=48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} - 96 {\color{red}{\left(x \cdot \left(- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2}\right)-\int{\left(- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2}\right) \cdot 1 d x}\right)}}=48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} - 96 {\color{red}{\left(- \frac{x \cos{\left(2 x \right)}}{2} - \int{\left(- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2}\right)d x}\right)}}$$

对 $$$c=- \frac{1}{2}$$$ 和 $$$f{\left(x \right)} = \cos{\left(2 x \right)}$$$ 应用常数倍法则 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$：

$$48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} + 96 {\color{red}{\int{\left(- \frac{\cos{\left(2 x \right)}}{2}\right)d x}}} = 48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} + 96 {\color{red}{\left(- \frac{\int{\cos{\left(2 x \right)} d x}}{2}\right)}}$$

设$$$u=2 x$$$。

则$$$du=\left(2 x\right)^{\prime }dx = 2 dx$$$ (步骤见»)，并有$$$dx = \frac{du}{2}$$$。

因此，

$$48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} - 48 {\color{red}{\int{\cos{\left(2 x \right)} d x}}} = 48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} - 48 {\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(u \right)}}{2} d u}}}$$

对 $$$c=\frac{1}{2}$$$ 和 $$$f{\left(u \right)} = \cos{\left(u \right)}$$$ 应用常数倍法则 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$：

$$48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} - 48 {\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(u \right)}}{2} d u}}} = 48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} - 48 {\color{red}{\left(\frac{\int{\cos{\left(u \right)} d u}}{2}\right)}}$$

余弦函数的积分为 $$$\int{\cos{\left(u \right)} d u} = \sin{\left(u \right)}$$$：

$$48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} - 24 {\color{red}{\int{\cos{\left(u \right)} d u}}} = 48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} - 24 {\color{red}{\sin{\left(u \right)}}}$$

回忆一下 $$$u=2 x$$$:

$$48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} - 24 \sin{\left({\color{red}{u}} \right)} = 48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} - 24 \sin{\left({\color{red}{\left(2 x\right)}} \right)}$$

因此，

$$\int{96 x^{2} \cos{\left(2 x \right)} d x} = 48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} - 24 \sin{\left(2 x \right)}$$

加上积分常数：

$$\int{96 x^{2} \cos{\left(2 x \right)} d x} = 48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} - 24 \sin{\left(2 x \right)}+C$$

$$$\int 96 x^{2} \cos{\left(2 x \right)}\, dx = \left(48 x^{2} \sin{\left(2 x \right)} + 48 x \cos{\left(2 x \right)} - 24 \sin{\left(2 x \right)}\right) + C$$$A