$$$\frac{y^{3}}{1 - y}$$$ 的積分

求$$$\int \frac{y^{3}}{1 - y}\, dy$$$。

由於分子次數不小於分母次數，進行多項式長除法（步驟見»）:

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

逐項積分：

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

配合 $$$c=1$$$，應用常數法則 $$$\int c\, dy = c y$$$：

$$- \int{y d y} - \int{y^{2} d y} + \int{\frac{1}{1 - y} d y} - {\color{red}{\int{1 d y}}} = - \int{y d y} - \int{y^{2} d y} + \int{\frac{1}{1 - y} d y} - {\color{red}{y}}$$

令 $$$u=1 - y$$$。

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

該積分可改寫為

$$- y - \int{y d y} - \int{y^{2} d y} + {\color{red}{\int{\frac{1}{1 - y} d y}}} = - y - \int{y d y} - \int{y^{2} d y} + {\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{u}\right)d u}}}$$

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

$$- y - \int{y d y} - \int{y^{2} d y} + {\color{red}{\int{\left(- \frac{1}{u}\right)d u}}} = - y - \int{y d y} - \int{y^{2} d y} + {\color{red}{\left(- \int{\frac{1}{u} d u}\right)}}$$

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

$$- y - \int{y d y} - \int{y^{2} d y} - {\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}} = - y - \int{y d y} - \int{y^{2} d y} - {\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}$$

回顧一下 $$$u=1 - y$$$：

$$- y - \ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)} - \int{y d y} - \int{y^{2} d y} = - y - \ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(1 - y\right)}}}\right| \right)} - \int{y d y} - \int{y^{2} d y}$$

套用冪次法則 $$$\int y^{n}\, dy = \frac{y^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$，以 $$$n=1$$$：

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

套用冪次法則 $$$\int y^{n}\, dy = \frac{y^{n + 1}}{n + 1}$$$ $$$\left(n \neq -1 \right)$$$，以 $$$n=2$$$：

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

因此，

$$\int{\frac{y^{3}}{1 - y} d y} = - \frac{y^{3}}{3} - \frac{y^{2}}{2} - y - \ln{\left(\left|{y - 1}\right| \right)}$$

加上積分常數：

$$\int{\frac{y^{3}}{1 - y} d y} = - \frac{y^{3}}{3} - \frac{y^{2}}{2} - y - \ln{\left(\left|{y - 1}\right| \right)}+C$$

$$$\int \frac{y^{3}}{1 - y}\, dy = \left(- \frac{y^{3}}{3} - \frac{y^{2}}{2} - y - \ln\left(\left|{y - 1}\right|\right)\right) + C$$$A