質問<2823>
「「不定積分」」
日付 2006/1/7
質問者 沿志奏逢


次の関数の不定積分を求めよ
   \(x^{3}\)+x-1
∫――――――――dx
 (x-1\()^{2}\)(\(x^{2}\)+1)

部分分数分解で解きたいのですが、

A/(x-1\()^{2}\)+B/(x-1)+Cx+D/\(x^{2}\)+1

まではわかるんですが、
分母の払い方がわかりません。
よろしくお願いします。

★希望★完全解答★

お返事(武田)
日付 2006/1/7
回答者 武田


  A       B     Cx+D
―――――― + ――― + ―――――― より、
(x-1)^2   x-1    x^2+1
通分して、問題の分子と比べて、
\(x^{3}\)+x-1
=A(x^2+1)+B(x-1)(x^2+1)+(Cx+D)(x-1)^2
=Ax^2+A+Bx^3-Bx^2+Bx-B+(Cx+D)(x^2-2x+1)
=Bx^3+(A-B)x^2+Bx+(A-B)+Cx^3-2Cx^2+Cx+Dx^2-2Dx+D
=(B+C)x^3+(A-B-2C+D)x^2+(B+C-2D)x+(A-B+D)
連立方程式にして、
{B+C=1     ………①
{A-B-2C+D=0………②
{B+C-2D=1  ………③
{A-B+D=-1  ………④
②-④より、
-2C=1 ∴C=-1/2
①に代入して、
B-1/2=1 ∴B=3/2
③に代入して、
3/2-1/2-2D=1 ∴D=0
④に代入して、
A-3/2+0=-1 ∴A=1/2

したがって、不定積分は次のようになる。
   \(x^{3}\)+x-1        \(\frac{1}{2}\)     \(\frac{3}{2}\)    (-\(\frac{1}{2}\))x
∫――――――――dx=∫{―――― + ―― + ―――――}dx
 (x-1\()^{2}\)(\(x^{2}\)+1)      (x-1\()^{2}\)    x-1   x^2+1

    1      3          1   2x
=-―――――― + ―log|x-1| - ――∫―――――dx
  2(x-1)   2          4  x^2+1

    1      3          1
=-―――――― + ―log|x-1| - ――log|x^2+1|+C……(答)
  2(x-1)   2          4         積分定数