$$$\frac{3 x - 4}{x \left(x - 3\right) \left(x - 2\right)}$$$ 的積分

求$$$\int \frac{3 x - 4}{x \left(x - 3\right) \left(x - 2\right)}\, dx$$$。

進行部分分式分解（步驟可見 »）:

$${\color{red}{\int{\frac{3 x - 4}{x \left(x - 3\right) \left(x - 2\right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{x - 2} + \frac{5}{3 \left(x - 3\right)} - \frac{2}{3 x}\right)d x}}}$$

逐項積分：

$${\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{x - 2} + \frac{5}{3 \left(x - 3\right)} - \frac{2}{3 x}\right)d x}}} = {\color{red}{\left(- \int{\frac{2}{3 x} d x} + \int{\frac{5}{3 \left(x - 3\right)} d x} - \int{\frac{1}{x - 2} d x}\right)}}$$

令 $$$u=x - 2$$$。

則 $$$du=\left(x - 2\right)^{\prime }dx = 1 dx$$$ (步驟見»)，並可得 $$$dx = du$$$。

因此，

$$- \int{\frac{2}{3 x} d x} + \int{\frac{5}{3 \left(x - 3\right)} d x} - {\color{red}{\int{\frac{1}{x - 2} d x}}} = - \int{\frac{2}{3 x} d x} + \int{\frac{5}{3 \left(x - 3\right)} d x} - {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}$$

$$$\frac{1}{u}$$$ 的積分是 $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$：

$$- \int{\frac{2}{3 x} d x} + \int{\frac{5}{3 \left(x - 3\right)} d x} - {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}} = - \int{\frac{2}{3 x} d x} + \int{\frac{5}{3 \left(x - 3\right)} d x} - {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}$$

回顧一下 $$$u=x - 2$$$：

$$- \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} - \int{\frac{2}{3 x} d x} + \int{\frac{5}{3 \left(x - 3\right)} d x} = - \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x - 2\right)}}}\right| \right)} - \int{\frac{2}{3 x} d x} + \int{\frac{5}{3 \left(x - 3\right)} d x}$$

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$，使用 $$$c=\frac{2}{3}$$$ 與 $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x}$$$：

$$- \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)} + \int{\frac{5}{3 \left(x - 3\right)} d x} - {\color{red}{\int{\frac{2}{3 x} d x}}} = - \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)} + \int{\frac{5}{3 \left(x - 3\right)} d x} - {\color{red}{\left(\frac{2 \int{\frac{1}{x} d x}}{3}\right)}}$$

$$$\frac{1}{x}$$$ 的積分是 $$$\int{\frac{1}{x} d x} = \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}$$$：

$$- \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)} + \int{\frac{5}{3 \left(x - 3\right)} d x} - \frac{2 {\color{red}{\int{\frac{1}{x} d x}}}}{3} = - \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)} + \int{\frac{5}{3 \left(x - 3\right)} d x} - \frac{2 {\color{red}{\ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}}}{3}$$

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$，使用 $$$c=\frac{5}{3}$$$ 與 $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x - 3}$$$：

$$- \frac{2 \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} - \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)} + {\color{red}{\int{\frac{5}{3 \left(x - 3\right)} d x}}} = - \frac{2 \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} - \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)} + {\color{red}{\left(\frac{5 \int{\frac{1}{x - 3} d x}}{3}\right)}}$$

令 $$$u=x - 3$$$。

則 $$$du=\left(x - 3\right)^{\prime }dx = 1 dx$$$ (步驟見»)，並可得 $$$dx = du$$$。

所以，

$$- \frac{2 \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} - \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)} + \frac{5 {\color{red}{\int{\frac{1}{x - 3} d x}}}}{3} = - \frac{2 \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} - \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)} + \frac{5 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{3}$$

$$$\frac{1}{u}$$$ 的積分是 $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$：

$$- \frac{2 \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} - \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)} + \frac{5 {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{3} = - \frac{2 \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} - \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)} + \frac{5 {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{3}$$

回顧一下 $$$u=x - 3$$$：

$$- \frac{2 \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} - \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)} + \frac{5 \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{3} = - \frac{2 \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} - \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)} + \frac{5 \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x - 3\right)}}}\right| \right)}}{3}$$

因此，

$$\int{\frac{3 x - 4}{x \left(x - 3\right) \left(x - 2\right)} d x} = - \frac{2 \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{5 \ln{\left(\left|{x - 3}\right| \right)}}{3} - \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)}$$

加上積分常數：

$$\int{\frac{3 x - 4}{x \left(x - 3\right) \left(x - 2\right)} d x} = - \frac{2 \ln{\left(\left|{x}\right| \right)}}{3} + \frac{5 \ln{\left(\left|{x - 3}\right| \right)}}{3} - \ln{\left(\left|{x - 2}\right| \right)}+C$$

$$$\int \frac{3 x - 4}{x \left(x - 3\right) \left(x - 2\right)}\, dx = \left(- \frac{2 \ln\left(\left|{x}\right|\right)}{3} + \frac{5 \ln\left(\left|{x - 3}\right|\right)}{3} - \ln\left(\left|{x - 2}\right|\right)\right) + C$$$A