$$$a^{4^{x}}$$$ 對 $$$x$$$ 的積分

求$$$\int a^{4^{x}}\, dx$$$。

令 $$$u=4^{x}$$$。

則 $$$du=\left(4^{x}\right)^{\prime }dx = 4^{x} \ln{\left(4 \right)} dx$$$ (步驟見»)，並可得 $$$4^{x} dx = \frac{du}{\ln{\left(4 \right)}}$$$。

該積分可改寫為

$${\color{red}{\int{a^{4^{x}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{a^{u}}{2 u \ln{\left(2 \right)}} d u}}}$$

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$，使用 $$$c=\frac{1}{2 \ln{\left(2 \right)}}$$$ 與 $$$f{\left(u \right)} = \frac{a^{u}}{u}$$$：

$${\color{red}{\int{\frac{a^{u}}{2 u \ln{\left(2 \right)}} d u}}} = {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{a^{u}}{u} d u}}{2 \ln{\left(2 \right)}}\right)}}$$

換底:

$$\frac{{\color{red}{\int{\frac{a^{u}}{u} d u}}}}{2 \ln{\left(2 \right)}} = \frac{{\color{red}{\int{\frac{e^{u \ln{\left(a \right)}}}{u} d u}}}}{2 \ln{\left(2 \right)}}$$

令 $$$v=u \ln{\left(a \right)}$$$。

則 $$$dv=\left(u \ln{\left(a \right)}\right)^{\prime }du = \ln{\left(a \right)} du$$$ (步驟見»)，並可得 $$$du = \frac{dv}{\ln{\left(a \right)}}$$$。

所以，

$$\frac{{\color{red}{\int{\frac{e^{u \ln{\left(a \right)}}}{u} d u}}}}{2 \ln{\left(2 \right)}} = \frac{{\color{red}{\int{\frac{e^{v}}{v} d v}}}}{2 \ln{\left(2 \right)}}$$

此積分（指數積分）不存在閉式表示：

$$\frac{{\color{red}{\int{\frac{e^{v}}{v} d v}}}}{2 \ln{\left(2 \right)}} = \frac{{\color{red}{\operatorname{Ei}{\left(v \right)}}}}{2 \ln{\left(2 \right)}}$$

回顧一下 $$$v=u \ln{\left(a \right)}$$$：

$$\frac{\operatorname{Ei}{\left({\color{red}{v}} \right)}}{2 \ln{\left(2 \right)}} = \frac{\operatorname{Ei}{\left({\color{red}{u \ln{\left(a \right)}}} \right)}}{2 \ln{\left(2 \right)}}$$

回顧一下 $$$u=4^{x}$$$：

$$\frac{\operatorname{Ei}{\left(\ln{\left(a \right)} {\color{red}{u}} \right)}}{2 \ln{\left(2 \right)}} = \frac{\operatorname{Ei}{\left(\ln{\left(a \right)} {\color{red}{4^{x}}} \right)}}{2 \ln{\left(2 \right)}}$$

因此，

$$\int{a^{4^{x}} d x} = \frac{\operatorname{Ei}{\left(4^{x} \ln{\left(a \right)} \right)}}{2 \ln{\left(2 \right)}}$$

加上積分常數：

$$\int{a^{4^{x}} d x} = \frac{\operatorname{Ei}{\left(4^{x} \ln{\left(a \right)} \right)}}{2 \ln{\left(2 \right)}}+C$$

$$$\int a^{4^{x}}\, dx = \frac{\operatorname{Ei}{\left(4^{x} \ln\left(a\right) \right)}}{2 \ln\left(2\right)} + C$$$A