برای حل انتگرال نامعین ، مراحل را گامبهگام و همراه با دلیل انجام هر مرحله پیش میبریم.
گام اول: تشخیص روش مناسب
چرا این کار را میکنیم؟ تابع داخل انتگرال حاصلضرب دو نوع تابع مختلف است: یک تابع چندجملهای () و یک تابع نمایی (). در چنین مواردی که با حاصلضرب دو تابع ناهمجنس روبهرو هستیم و روش تغییر متغیر مستقیم کارساز نیست، از روش جزءبهجزء (Integration by Parts) استفاده میکنیم.
فرمول انتگرالگیری جزءبهجزء عبارت است از:
گام دوم: انتخاب و
چرا این کار را میکنیم؟ هدف این است که تابعی را به عنوان انتخاب کنیم که با مشتق گرفتن سادهتر شود (درجهاش کم شود) و تابعی را به عنوان انتخاب کنیم که انتگرالگیری از آن آسان باشد. بر اساس این منطق:
- اگر از مشتق بگیریم، تبدیل به عدد ثابت ۱ میشود و کار ساده خواهد شد.
- انتگرال نیز بهراحتی قابل محاسبه است و تغییر پیچیدهای نمیکند.
بنابراین قرار میدهیم:
گام سوم: جایگذاری در فرمول جزءبهجزء
چرا این کار را میکنیم؟ طبق رابطهٔ جزءبهجزء، انتگرال اولیه را به حاصلضرب دو تابع منهای یک انتگرال جدیدِ سادهتر تبدیل میکنیم:
گام چهارم: محاسبهٔ انتگرال باقیمانده و نوشتن پاسخ نهایی
چرا این کار را میکنیم؟ انتگرال باقیمانده () یک انتگرال پایه است که حاصل آن برابر با است. در انتها، ثابت انتگرالگیری () را اضافه میکنیم چون انتگرال از نوع نامعین است:
همچنین میتوانید برای سادهتر شدن ظاهر عبارت، از فاکتور بگیرید:
بررسی درستی جواب با مشتقگیری
برای اطمینان از صحت جواب، از پاسخ بهدستآمده نسبت به مشتق میگیریم. اگر مشتق برابر با تابع داخل انتگرال اولیه () شود، پاسخ کاملاً درست است.
فرض کنید:
مشتق میگیریم (برای جملهٔ اول از قاعدهٔ مشتق حاصلضرب استفاده میکنیم):
با حذف دو جملهٔ و :
مشتق دقیقاً برابر با عبارت داخل انتگرال شد، بنابراین پاسخ نهایی کاملاً صحیح است.