$$$x \ln\left(x^{2}\right)$$$ 的積分

求$$$\int x \ln\left(x^{2}\right)\, dx$$$。

已將輸入重寫為：$$$\int{x \ln{\left(x^{2} \right)} d x}=\int{2 x \ln{\left(x \right)} d x}$$$。

套用常數倍法則 $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$，使用 $$$c=2$$$ 與 $$$f{\left(x \right)} = x \ln{\left(x \right)}$$$：

$${\color{red}{\int{2 x \ln{\left(x \right)} d x}}} = {\color{red}{\left(2 \int{x \ln{\left(x \right)} d x}\right)}}$$

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

令 $$$\operatorname{u}=\ln{\left(x \right)}$$$ 與 $$$\operatorname{dv}=x dx$$$。

則 $$$\operatorname{du}=\left(\ln{\left(x \right)}\right)^{\prime }dx=\frac{dx}{x}$$$（步驟見 »），且 $$$\operatorname{v}=\int{x d x}=\frac{x^{2}}{2}$$$（步驟見 »）。

該積分變為

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

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

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

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

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

因此，

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

化簡：

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

加上積分常數：

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

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