部分積分
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部分積分(ぶぶんせきぶん、: Integration by parts)とは、微分積分学解析学における関数積分法に関する定理であり、積の積分をより計算が容易な積分に変形するために頻繁に使われる手法である。

具体的には、2つの微分可能な関数 u ( x ) {\textstyle u(x)} 、 v ( x ) {\textstyle v(x)} 、区間 a ≤ x ≤ b {\textstyle a\leq x\leq b} に対して成り立つ以下のような関係式を指す[1]。 ∫ a b u ( x ) v ′ ( x ) d x = [ u ( x ) v ( x ) ] a b − ∫ a b u ′ ( x ) v ( x ) d x {\displaystyle \int _{a}^{b}u(x)v'(x)\,dx=\left[u(x)v(x)\right]_{a}^{b}-\int _{a}^{b}u'(x)v(x)\,dx}

不定積分の場合であれば、同様に以下の関係式が成り立つ。 ∫ u ( x ) v ′ ( x ) d x = u ( x ) v ( x ) − ∫ u ′ ( x ) v ( x ) d x {\displaystyle \int u(x)v'(x)\,dx=u(x)v(x)-\int u'(x)v(x)\,dx\!}

またはより簡潔に ∫ u d v = u v − ∫ v d u . {\displaystyle \int u\,dv=uv-\int v\,du.\!}

と表記される。ここで d u {\textstyle du} と d v {\textstyle dv} は x {\textstyle x} の関数 u {\textstyle u} 、 v {\textstyle v} の微分、即ち d u = u ′ ( x ) d x , d v = v ′ ( x ) d x {\displaystyle du=u'(x)dx,\quad dv=v'(x)dx}

である。
導出

上記の定理は以下のように導出される。

u ( x ) {\textstyle u(x)} と v ( x ) {\textstyle v(x)} がともに微分可能関数であるとき、積の微分法則(ライプニッツ則)より d d x ( u ( x ) v ( x ) ) = v ( x ) d d x ( u ( x ) ) + u ( x ) d d x ( v ( x ) ) {\displaystyle {\frac {d}{dx}}\left(u(x)v(x)\right)=v(x){\frac {d}{dx}}\left(u(x)\right)+u(x){\frac {d}{dx}}\left(v(x)\right)\!}

両辺を区間 a ≤ x ≤ b {\textstyle a\leq x\leq b} で x {\textstyle x} に関して積分して ∫ a b d d x ( u ( x ) v ( x ) ) d x = ∫ a b u ′ ( x ) v ( x ) d x + ∫ a b u ( x ) v ′ ( x ) d x {\displaystyle \int _{a}^{b}{\frac {d}{dx}}\left(u(x)v(x)\right)\,dx=\int _{a}^{b}u'(x)v(x)\,dx+\int _{a}^{b}u(x)v'(x)\,dx}


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