$$$\frac{3 x}{3 x - 2}$$$ 的積分

求$$$\int \frac{3 x}{3 x - 2}\, dx$$$。

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

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

將被積函數的分子改寫為 $$$x=\frac{1}{3}\left(3 x - 2\right)+\frac{2}{3}$$$，並將分式拆分:

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

逐項積分：

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

配合 $$$c=\frac{1}{3}$$$，應用常數法則 $$$\int c\, dx = c x$$$：

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

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 $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{3 x - 2}$$$：

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

令 $$$u=3 x - 2$$$。

則 $$$du=\left(3 x - 2\right)^{\prime }dx = 3 dx$$$ (步驟見»)，並可得 $$$dx = \frac{du}{3}$$$。

該積分變為

$$x + 2 {\color{red}{\int{\frac{1}{3 x - 2} d x}}} = x + 2 {\color{red}{\int{\frac{1}{3 u} d u}}}$$

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

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

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

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

回顧一下 $$$u=3 x - 2$$$：

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

因此，

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

加上積分常數：

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

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