logの積分は、初めて学ぶと「どうしてこの形になるのか」と疑問に感じやすい計算の一つです。特に、xlogxの微分を利用する方法や、式変形をどのように考えるのかで迷う人が多くいます。
この記事では、log xの積分を解くときの基本的な考え方や、なぜxlogxの微分を利用するのか、部分積分との関係についてわかりやすく解説します。
log xの積分はそのままでは解きにくい
まず、代表的な積分として次の形を考えます。
∫log x dx
多項式の積分であれば次数を下げる公式を使えますが、log xには直接使える公式がありません。そのため、別の形に変形して考える必要があります。
ここで重要になるのが「積の微分」の逆を利用するという考え方です。つまり、log xを単独で見るのではなく、何かの積の微分から元の形を作れないかを考えます。
xlog xの微分を利用する理由
xlog xを微分すると、積の微分法則より次のようになります。
(xlog x)’=1×log x+x×(1/x)
つまり、
(xlog x)’=log x+1
となります。この結果を見ると、xlog xの微分には求めたいlog xが含まれていることが分かります。
そのため、log xを積分するときは、xlog xを微分した形を利用して式を作ることができます。
部分積分を使うとlog xの積分が求められる
実際には、log xの積分は部分積分を利用して計算します。
部分積分の公式は、
∫f(x)g'(x)dx=f(x)g(x)-∫f'(x)g(x)dx
です。
∫log x dxでは、log xを微分すると1/xになり、1を積分するとxになるため、次のように設定します。
| 役割 | 設定 |
|---|---|
| 微分するもの | log x |
| 積分するもの | 1 |
すると、
∫log x dx=xlog x-∫x×(1/x)dx
となります。
右辺を整理すると、
∫log x dx=xlog x-∫1dx
なので、
∫log x dx=xlog x-x+C
となります。
「xlogxを微分する」のではなく逆の発想で考える
log xの積分では、「xlogxを微分して答えを作る」というよりも、「微分したときにlog xが出てくる形を探す」という考え方が重要です。
積分は微分の逆操作なので、微分した結果が目的の式になるような関数を探します。その結果、xlogxが候補になります。
例えば、微分してx²になる関数を探すときにx³を考えるのと同じように、log xを含む関数を探すときにxlogxが登場します。
式変形で覚えるよりも部分積分の流れを理解する
logの積分は、単純な式変形だけで解くものではありません。部分積分という考え方を使い、積分しやすい形へ変換していると考えると理解しやすくなります。
暗記する場合も、
- log xはそのまま積分しにくい
- log xを微分すると1/xになる
- 1を積分するとxになる
- その組み合わせとしてxlogxが出てくる
という流れを覚えると、公式として丸暗記する必要がなくなります。
まとめ|logの積分はxlogxの微分から考えると理解しやすい
log xの積分では、xlogxの微分を利用する考え方が重要になります。ただし、単純にxlogxを使うのではなく、部分積分によってlog xを含む形を作ることが目的です。
積分は「どの関数を微分すると目的の形になるか」を逆算する問題です。xlogxの微分でlog xが現れる理由を理解すれば、logの積分は単なる暗記ではなく、自然な流れとして解けるようになります。


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