$$$\frac{\sqrt{x}}{1 - \sqrt{x}}$$$ 的積分

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

令 $$$u=\sqrt{x}$$$。

則 $$$du=\left(\sqrt{x}\right)^{\prime }dx = \frac{1}{2 \sqrt{x}} dx$$$ (步驟見»)，並可得 $$$\frac{dx}{\sqrt{x}} = 2 du$$$。

該積分變為

$${\color{red}{\int{\frac{\sqrt{x}}{1 - \sqrt{x}} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{2 u^{2}}{1 - u} d u}}}$$

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

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

由於分子次數不小於分母次數，進行多項式長除法（步驟見»）:

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

逐項積分：

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

配合 $$$c=1$$$，應用常數法則 $$$\int c\, du = c u$$$：

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

令 $$$v=1 - u$$$。

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

該積分變為

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

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

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

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

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

回顧一下 $$$v=1 - u$$$：

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

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

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

回顧一下 $$$u=\sqrt{x}$$$：

$$- 2 \ln{\left(\left|{-1 + {\color{red}{u}}}\right| \right)} - 2 {\color{red}{u}} - {\color{red}{u}}^{2} = - 2 \ln{\left(\left|{-1 + {\color{red}{\sqrt{x}}}}\right| \right)} - 2 {\color{red}{\sqrt{x}}} - {\color{red}{\sqrt{x}}}^{2}$$

因此，

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

加上積分常數：

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

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