$$$\frac{2 x^{2}}{1 - x}$$$ 的積分

求$$$\int \frac{2 x^{2}}{1 - x}\, dx$$$。

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

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

由於分子次數不小於分母次數，進行多項式長除法（步驟見»）:

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

逐項積分：

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

配合 $$$c=1$$$，應用常數法則 $$$\int c\, dx = c x$$$：

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

令 $$$u=1 - x$$$。

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

該積分變為

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

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 $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u}$$$：

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

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

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

回顧一下 $$$u=1 - x$$$：

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

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

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

因此，

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

加上積分常數：

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

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