$$$\frac{4}{15 x^{2} + 27}$$$ 的積分
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求$$$\int \frac{4}{15 x^{2} + 27}\, dx$$$。
解答
簡化被積函數:
$${\color{red}{\int{\frac{4}{15 x^{2} + 27} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{4}{3 \left(5 x^{2} + 9\right)} d x}}}$$
套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$，使用 $$$c=\frac{4}{3}$$$ 與 $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{5 x^{2} + 9}$$$：
$${\color{red}{\int{\frac{4}{3 \left(5 x^{2} + 9\right)} d x}}} = {\color{red}{\left(\frac{4 \int{\frac{1}{5 x^{2} + 9} d x}}{3}\right)}}$$
令 $$$u=\frac{\sqrt{5}}{3} x$$$。
則 $$$du=\left(\frac{\sqrt{5}}{3} x\right)^{\prime }dx = \frac{\sqrt{5}}{3} dx$$$ (步驟見»)，並可得 $$$dx = \frac{3 \sqrt{5} du}{5}$$$。
該積分可改寫為
$$\frac{4 {\color{red}{\int{\frac{1}{5 x^{2} + 9} d x}}}}{3} = \frac{4 {\color{red}{\int{\frac{\sqrt{5}}{15 \left(u^{2} + 1\right)} d u}}}}{3}$$
套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$，使用 $$$c=\frac{\sqrt{5}}{15}$$$ 與 $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u^{2} + 1}$$$：
$$\frac{4 {\color{red}{\int{\frac{\sqrt{5}}{15 \left(u^{2} + 1\right)} d u}}}}{3} = \frac{4 {\color{red}{\left(\frac{\sqrt{5} \int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u}}{15}\right)}}}{3}$$
$$$\frac{1}{u^{2} + 1}$$$ 的積分是 $$$\int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u} = \operatorname{atan}{\left(u \right)}$$$：
$$\frac{4 \sqrt{5} {\color{red}{\int{\frac{1}{u^{2} + 1} d u}}}}{45} = \frac{4 \sqrt{5} {\color{red}{\operatorname{atan}{\left(u \right)}}}}{45}$$
回顧一下 $$$u=\frac{\sqrt{5}}{3} x$$$：
$$\frac{4 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left({\color{red}{u}} \right)}}{45} = \frac{4 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left({\color{red}{\frac{\sqrt{5}}{3} x}} \right)}}{45}$$
因此，
$$\int{\frac{4}{15 x^{2} + 27} d x} = \frac{4 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(\frac{\sqrt{5} x}{3} \right)}}{45}$$
加上積分常數：
$$\int{\frac{4}{15 x^{2} + 27} d x} = \frac{4 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(\frac{\sqrt{5} x}{3} \right)}}{45}+C$$
答案
$$$\int \frac{4}{15 x^{2} + 27}\, dx = \frac{4 \sqrt{5} \operatorname{atan}{\left(\frac{\sqrt{5} x}{3} \right)}}{45} + C$$$A