$$$x^{3} \sin{\left(x^{2} \right)}$$$ 的積分
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求$$$\int x^{3} \sin{\left(x^{2} \right)}\, dx$$$。
解答
令 $$$u=x^{2}$$$。
則 $$$du=\left(x^{2}\right)^{\prime }dx = 2 x dx$$$ (步驟見»)，並可得 $$$x dx = \frac{du}{2}$$$。
所以，
$${\color{red}{\int{x^{3} \sin{\left(x^{2} \right)} d x}}} = {\color{red}{\int{\frac{u \sin{\left(u \right)}}{2} d u}}}$$
套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$，使用 $$$c=\frac{1}{2}$$$ 與 $$$f{\left(u \right)} = u \sin{\left(u \right)}$$$：
$${\color{red}{\int{\frac{u \sin{\left(u \right)}}{2} d u}}} = {\color{red}{\left(\frac{\int{u \sin{\left(u \right)} d u}}{2}\right)}}$$
對於積分 $$$\int{u \sin{\left(u \right)} d u}$$$，使用分部積分法 $$$\int \operatorname{t} \operatorname{dv} = \operatorname{t}\operatorname{v} - \int \operatorname{v} \operatorname{dt}$$$。
令 $$$\operatorname{t}=u$$$ 與 $$$\operatorname{dv}=\sin{\left(u \right)} du$$$。
則 $$$\operatorname{dt}=\left(u\right)^{\prime }du=1 du$$$（步驟見 »），且 $$$\operatorname{v}=\int{\sin{\left(u \right)} d u}=- \cos{\left(u \right)}$$$（步驟見 »）。
所以，
$$\frac{{\color{red}{\int{u \sin{\left(u \right)} d u}}}}{2}=\frac{{\color{red}{\left(u \cdot \left(- \cos{\left(u \right)}\right)-\int{\left(- \cos{\left(u \right)}\right) \cdot 1 d u}\right)}}}{2}=\frac{{\color{red}{\left(- u \cos{\left(u \right)} - \int{\left(- \cos{\left(u \right)}\right)d u}\right)}}}{2}$$
套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$，使用 $$$c=-1$$$ 與 $$$f{\left(u \right)} = \cos{\left(u \right)}$$$：
$$- \frac{u \cos{\left(u \right)}}{2} - \frac{{\color{red}{\int{\left(- \cos{\left(u \right)}\right)d u}}}}{2} = - \frac{u \cos{\left(u \right)}}{2} - \frac{{\color{red}{\left(- \int{\cos{\left(u \right)} d u}\right)}}}{2}$$
餘弦函數的積分為 $$$\int{\cos{\left(u \right)} d u} = \sin{\left(u \right)}$$$：
$$- \frac{u \cos{\left(u \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\int{\cos{\left(u \right)} d u}}}}{2} = - \frac{u \cos{\left(u \right)}}{2} + \frac{{\color{red}{\sin{\left(u \right)}}}}{2}$$
回顧一下 $$$u=x^{2}$$$：
$$\frac{\sin{\left({\color{red}{u}} \right)}}{2} - \frac{{\color{red}{u}} \cos{\left({\color{red}{u}} \right)}}{2} = \frac{\sin{\left({\color{red}{x^{2}}} \right)}}{2} - \frac{{\color{red}{x^{2}}} \cos{\left({\color{red}{x^{2}}} \right)}}{2}$$
因此，
$$\int{x^{3} \sin{\left(x^{2} \right)} d x} = - \frac{x^{2} \cos{\left(x^{2} \right)}}{2} + \frac{\sin{\left(x^{2} \right)}}{2}$$
加上積分常數：
$$\int{x^{3} \sin{\left(x^{2} \right)} d x} = - \frac{x^{2} \cos{\left(x^{2} \right)}}{2} + \frac{\sin{\left(x^{2} \right)}}{2}+C$$
答案
$$$\int x^{3} \sin{\left(x^{2} \right)}\, dx = \left(- \frac{x^{2} \cos{\left(x^{2} \right)}}{2} + \frac{\sin{\left(x^{2} \right)}}{2}\right) + C$$$A