部分積分の問題

■問題

次の問題を積分せよ(不定積分).

∫ ( log 2 x ) 3 d x

■解説動画

◇積分の動画一覧のページへ

■答

x ( log 2 x ) 3 − 3 x ( log 2 x ) 2 + 6 x ( log 2 x ) − 6 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

x ′ = 1 より

f ( x ) = x , g ( x ) = ( log 2 x ) 3

として部分積分を行う.

∫ ( log 2 x ) 3 d x

= ∫ x ′ ( log 2 x ) 3 d x (この式は公式の左辺の ∫ f ′ ( x ) g ( x ) d x に対応する)

= x ( log 2 x ) 3 − ∫ x { ( log 2 x ) 3 } ′ 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)

= x ( log 2 x ) 3 − ∫ x ⋅ 3 ⋅ ( log 2 x ) 2 ⋅ 1 2 x ⋅ 2 d x

= x ( log 2 x ) 3 − 3 ∫ ( log 2 x ) 2 d x

ここで, ∫ ( log 2 x ) 2 d x の計算を行う.先程と同じように

x ′ = 1 より

f ( x ) = x , g ( x ) = ( log 2 x ) 2

として部分積分を行う.

∫ ( log 2 x ) 2 d x

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

= x ( log 2 x ) 2 − ∫ x { ( log 2 x ) 2 } ′ 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)

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

となる.

さらに,ここで, ∫ ( log 2 x ) d x の計算を行う.また先程と同じように

x ′ = 1 より

f ( x ) = x , g ( x ) = ( log 2 x )

として部分積分を行う.

∫ ( log 2 x ) d x

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

= x ( log 2 x ) − ∫ x { ( log 2 x ) } ′ 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)

= x ( log 2 x ) − ∫ x ⋅ 1 2 x ⋅ 2 d x

= x ( log 2 x ) − ∫ d x

= x ( log 2 x ) − x + C

となる.

最後に,これまでに求めたものを順に代入する.

∫ ( log 2 x ) 3 d x = x ( log 2 x ) 3 − 3 [ x ( log 2 x ) 2 − 2 { x ( log 2 x ) − x } ] + C

= x ( log 2 x ) 3 − 3 x ( log 2 x ) 2 + 6 x ( log 2 x ) − 6 x + C

 

■確認問題

求まった答え x ( log 2 x ) 3 − 3 x ( log 2 x ) 2 + 6 x ( log 2 x ) − 6 x + C を微分し,積分前の式 ( log 2 x ) 3 に戻ることを確認しなさい.


ホーム>>カテゴリー分類>>積分>>積分の問題>>不定積分の問題 >> ∫ ( log 2 x ) 3 d x

最終更新日: 2025年8月21日