$$$t^{2} e^{5 t}$$$ 的積分

求$$$\int t^{2} e^{5 t}\, dt$$$。

對於積分 $$$\int{t^{2} e^{5 t} d t}$$$，使用分部積分法 $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$。

令 $$$\operatorname{u}=t^{2}$$$ 與 $$$\operatorname{dv}=e^{5 t} dt$$$。

則 $$$\operatorname{du}=\left(t^{2}\right)^{\prime }dt=2 t dt$$$（步驟見 »），且 $$$\operatorname{v}=\int{e^{5 t} d t}=\frac{e^{5 t}}{5}$$$（步驟見 »）。

因此，

$${\color{red}{\int{t^{2} e^{5 t} d t}}}={\color{red}{\left(t^{2} \cdot \frac{e^{5 t}}{5}-\int{\frac{e^{5 t}}{5} \cdot 2 t d t}\right)}}={\color{red}{\left(\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \int{\frac{2 t e^{5 t}}{5} d t}\right)}}$$

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(t \right)}\, dt = c \int f{\left(t \right)}\, dt$$$，使用 $$$c=\frac{2}{5}$$$ 與 $$$f{\left(t \right)} = t e^{5 t}$$$：

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - {\color{red}{\int{\frac{2 t e^{5 t}}{5} d t}}} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - {\color{red}{\left(\frac{2 \int{t e^{5 t} d t}}{5}\right)}}$$

對於積分 $$$\int{t e^{5 t} d t}$$$，使用分部積分法 $$$\int \operatorname{u} \operatorname{dv} = \operatorname{u}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{du}$$$。

令 $$$\operatorname{u}=t$$$ 與 $$$\operatorname{dv}=e^{5 t} dt$$$。

則 $$$\operatorname{du}=\left(t\right)^{\prime }dt=1 dt$$$（步驟見 »），且 $$$\operatorname{v}=\int{e^{5 t} d t}=\frac{e^{5 t}}{5}$$$（步驟見 »）。

該積分變為

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 {\color{red}{\int{t e^{5 t} d t}}}}{5}=\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 {\color{red}{\left(t \cdot \frac{e^{5 t}}{5}-\int{\frac{e^{5 t}}{5} \cdot 1 d t}\right)}}}{5}=\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 {\color{red}{\left(\frac{t e^{5 t}}{5} - \int{\frac{e^{5 t}}{5} d t}\right)}}}{5}$$

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(t \right)}\, dt = c \int f{\left(t \right)}\, dt$$$，使用 $$$c=\frac{1}{5}$$$ 與 $$$f{\left(t \right)} = e^{5 t}$$$：

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\int{\frac{e^{5 t}}{5} d t}}}}{5} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\left(\frac{\int{e^{5 t} d t}}{5}\right)}}}{5}$$

令 $$$u=5 t$$$。

則 $$$du=\left(5 t\right)^{\prime }dt = 5 dt$$$ (步驟見»)，並可得 $$$dt = \frac{du}{5}$$$。

因此，

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\int{e^{5 t} d t}}}}{25} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\int{\frac{e^{u}}{5} d u}}}}{25}$$

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$，使用 $$$c=\frac{1}{5}$$$ 與 $$$f{\left(u \right)} = e^{u}$$$：

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\int{\frac{e^{u}}{5} d u}}}}{25} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\left(\frac{\int{e^{u} d u}}{5}\right)}}}{25}$$

指數函數的積分為 $$$\int{e^{u} d u} = e^{u}$$$：

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{\int{e^{u} d u}}}}{125} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 {\color{red}{e^{u}}}}{125}$$

回顧一下 $$$u=5 t$$$：

$$\frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 e^{{\color{red}{u}}}}{125} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 e^{{\color{red}{\left(5 t\right)}}}}{125}$$

因此，

$$\int{t^{2} e^{5 t} d t} = \frac{t^{2} e^{5 t}}{5} - \frac{2 t e^{5 t}}{25} + \frac{2 e^{5 t}}{125}$$

化簡：

$$\int{t^{2} e^{5 t} d t} = \frac{\left(25 t^{2} - 10 t + 2\right) e^{5 t}}{125}$$

加上積分常數：

$$\int{t^{2} e^{5 t} d t} = \frac{\left(25 t^{2} - 10 t + 2\right) e^{5 t}}{125}+C$$

$$$\int t^{2} e^{5 t}\, dt = \frac{\left(25 t^{2} - 10 t + 2\right) e^{5 t}}{125} + C$$$A