部分積分の問題

部分積分の問題

■問題

次の問題を積分せよ(不定積分).

∫ ( log x ) 2 d x

■解説動画

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■答

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

■ヒント

部分積分法より,公式

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

を用いる.

■解説

部分積分法の公式から,

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

とおく.

f ′ ( x ) = 1

g ( x ) = ( log x ) 2

とすると,

f ( x ) = x

g ′ ( x ) = { ( log x ) 2 } ′ = 2 ⋅ 1 x ⋅ ( log x ) 2 − 1 = 2 x ( log x )

となる.

よって,

∫ ( log x ) 2 d x

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

= x ( log x ) 2 − ∫ 2 log x d x

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

ここで, ∫ log x d x について部分積分をする.

部分積分法の公式から,

∫ log x d x = ∫ 1 ⋅ log x d x

とおく.

f ′ ( x ) = 1

g ( x ) = log x

とすると,

f ( x ) = x

g ′ ( x ) = 1 x

となる.

よって,(1)の続きを計算すると,

与式 = x ( log x ) 2 − 2 ∫ log x d x

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

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

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

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

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


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最終更新日: 2025年8月21日