$$$e^{4 x} \sin{\left(x \right)}$$$ 的積分

求$$$\int e^{4 x} \sin{\left(x \right)}\, dx$$$。

對於積分 $$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x}$$$，使用分部積分法 $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$。

令 $$$\operatorname{u}=\sin{\left(x \right)}$$$ 與 $$$\operatorname{dv}=e^{4 x} dx$$$。

則 $$$\operatorname{du}=\left(\sin{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx=\cos{\left(x \right)} dx$$$（步驟見 »），且 $$$\operatorname{v}=\int{e^{4 x} d x}=\frac{e^{4 x}}{4}$$$（步驟見 »）。

該積分可改寫為

$${\color{red}{\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x}}}={\color{red}{\left(\sin{\left(x \right)} \cdot \frac{e^{4 x}}{4}-\int{\frac{e^{4 x}}{4} \cdot \cos{\left(x \right)} d x}\right)}}={\color{red}{\left(\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \int{\frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{4} d x}\right)}}$$

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$，使用 $$$c=\frac{1}{4}$$$ 與 $$$f{\left(x \right)} = e^{4 x} \cos{\left(x \right)}$$$：

$$\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - {\color{red}{\int{\frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{4} d x}}} = \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - {\color{red}{\left(\frac{\int{e^{4 x} \cos{\left(x \right)} d x}}{4}\right)}}$$

對於積分 $$$\int{e^{4 x} \cos{\left(x \right)} d x}$$$，使用分部積分法 $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$。

令 $$$\operatorname{u}=\cos{\left(x \right)}$$$ 與 $$$\operatorname{dv}=e^{4 x} dx$$$。

則 $$$\operatorname{du}=\left(\cos{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx=- \sin{\left(x \right)} dx$$$（步驟見 »），且 $$$\operatorname{v}=\int{e^{4 x} d x}=\frac{e^{4 x}}{4}$$$（步驟見 »）。

所以，

$$\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{{\color{red}{\int{e^{4 x} \cos{\left(x \right)} d x}}}}{4}=\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{{\color{red}{\left(\cos{\left(x \right)} \cdot \frac{e^{4 x}}{4}-\int{\frac{e^{4 x}}{4} \cdot \left(- \sin{\left(x \right)}\right) d x}\right)}}}{4}=\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{{\color{red}{\left(\frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{4} - \int{\left(- \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4}\right)d x}\right)}}}{4}$$

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$，使用 $$$c=- \frac{1}{4}$$$ 與 $$$f{\left(x \right)} = e^{4 x} \sin{\left(x \right)}$$$：

$$\frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{16} + \frac{{\color{red}{\int{\left(- \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4}\right)d x}}}}{4} = \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{16} + \frac{{\color{red}{\left(- \frac{\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x}}{4}\right)}}}{4}$$

我們得到了先前見過的一個積分。

因此，我們得到關於該積分的如下簡單等式：

$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x} = \frac{e^{4 x} \sin{\left(x \right)}}{4} - \frac{e^{4 x} \cos{\left(x \right)}}{16} - \frac{\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x}}{16}$$

求解後，可得

$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x} = \frac{\left(4 \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) e^{4 x}}{17}$$

因此，

$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x} = \frac{\left(4 \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) e^{4 x}}{17}$$

加上積分常數：

$$\int{e^{4 x} \sin{\left(x \right)} d x} = \frac{\left(4 \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) e^{4 x}}{17}+C$$

$$$\int e^{4 x} \sin{\left(x \right)}\, dx = \frac{\left(4 \sin{\left(x \right)} - \cos{\left(x \right)}\right) e^{4 x}}{17} + C$$$A