部分積分の問題

■問題

次の問題を積分せよ(不定積分).

∫ 2 log ( 2 x + 1 ) d x

■解説動画

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■答

( 2 x + 1 ) log ( 2 x + 1 ) − 2 x + C ( C は積分定数)

■ヒント

部分積分法

∫ f ′ ( x ) g ( x ) d x = f ( x ) g ( x ) − ∫ f ( x ) g ′ ( x ) d x

を用いる.

■解説

( 2 x + 1 ) ′ = 2 より

f ( x ) = 2 x + 1 , g ( x ) = log ( 2 x + 1 ) として部分積分を行う.

∫ 2 log ( 2 x + 1 ) d x

= ∫ ( 2 x + 1 ) ′ log ( 2 x + 1 ) d x ( この式は公式の左辺の ∫ f ′ ( x ) g ( x ) d x に対応する)

= ( 2 x + 1 ) log ( 2 x + 1 ) − ∫ ( 2 x + 1 ) { log ( 2 x + 1 ) } ′ d x

(この式は公式の右辺の f ( x ) g ( x ) − ∫ f ( x ) g ′ ( x ) d x に対応する)

= ( 2 x + 1 ) log ( 2 x + 1 ) − ∫ ( 2 x + 1 ) ⋅ 2 ( 2 x + 1 ) d x

(  log ( 2 x + 1 ) の微分はこの微分の計算が参考になる)

= ( 2 x + 1 ) log ( 2 x + 1 ) − 2 ∫ d x

= ( 2 x + 1 ) log ( 2 x + 1 ) − 2 x + C

 

■別解

与式 = ∫ ( 2 x ) ′ log ( 2 x + 1 ) d x

= 2 x log ( 2 x + 1 ) − ∫ 2 x { log ( 2 x + 1 ) } ′ d x

= 2 x log ( 2 x + 1 ) − ∫ 2 x 2 2 x + 1 d x

= 2 x log ( 2 x + 1 ) − ∫ 4 x 2 x + 1 d x

ここで

∫ 4 x 2 x + 1 d x = ∫ ( 2 − 2 2 x + 1 ) d x

= 2 x − 2 ⋅ 1 2 log ( 2 x + 1 )

= 2 x − log ( 2 x + 1 )

となる.よって

= 2 x log ( 2 x + 1 ) − { 2 x − log ( 2 x + 1 ) } + C

= ( 2 x + 1 ) log ( 2 x + 1 ) − 2 x + C

 

■確認問題

求まった答え ( 2 x + 1 ) log ( 2 x + 1 ) − 2 x + C を微分し,積分前の式 2 log ( 2 x + 1 ) に戻ることを確認しなさい.

 

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最終更新日: 2025年8月21日