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calculus

分部積分:附範例的實用指南

透過 LIATE 速記法和五個解題範例(xe^x、x ln x、x² sin x、e^x cos x、ln x)精通分部積分。避開最常見的正負號錯誤。
AI-Math Editorial Team

By AI-Math Editorial Team

Published 2026-05-02

分部積分是反過來運行的乘積律,也是繼代換之後使用最頻繁的積分技巧。公式很短,但第一次遇到時,決定哪一部分當「u」、哪一部分當「dv」會變成一門藝術。本指南會帶你走過 LIATE 速記法和五個逐漸加難的範例,讓你最後掌握一套可靠的方法,而不是靠試誤。

公式

∫u dv=uv−∫v du\int u \, dv = uv - \int v \, du

把一個積分換成另一個(但願)更容易的積分。藝術在於選擇 uu 和 dvdv——糟糕的選擇會讓新的積分更難。

LIATE:一條可靠的經驗法則

挑選 uu 時,優先選這個清單中靠前的函數:

L 對數 > I 反三角 > A 代數 > T 三角 > E 指數

剩下的就成為 dvdv。LIATE 不是定理,但它對約 90% 的課本題目都有效。

範例 1:∫xex dx\int x e^x \, dx(代數 × 指數)

LIATE → 代數排在指數之前,所以 u=xu = x,dv=ex dxdv = e^x \, dx。

  • du=dxdu = dx,v=exv = e^x。
  • 套用:∫xex dx=xex−∫ex dx=xex−ex+C=ex(x−1)+C\int x e^x \, dx = x e^x - \int e^x \, dx = x e^x - e^x + C = e^x(x - 1) + C。

範例 2:∫xln⁡x dx\int x \ln x \, dx(代數 × 對數)

LIATE → 對數優先:u=ln⁡xu = \ln x,dv=x dxdv = x \, dx。

  • du=1xdxdu = \frac{1}{x} dx,v=x22v = \frac{x^2}{2}。
  • ∫xln⁡x dx=x22ln⁡x−∫x22⋅1x dx\int x \ln x \, dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \int \frac{x^2}{2} \cdot \frac{1}{x} \, dx。
  • 化簡:x22ln⁡x−12∫x dx=x22ln⁡x−x24+C\frac{x^2}{2}\ln x - \frac{1}{2}\int x \, dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C。

範例 3:∫x2sin⁡x dx\int x^2 \sin x \, dx(代數 × 三角——套用兩次)

u=x2u = x^2,dv=sin⁡x dxdv = \sin x \, dx。則 du=2x dxdu = 2x \, dx,v=−cos⁡xv = -\cos x。

  • 第一次:∫x2sin⁡x dx=−x2cos⁡x+∫2xcos⁡x dx\int x^2 \sin x \, dx = -x^2 \cos x + \int 2x \cos x \, dx。
  • 對 ∫2xcos⁡x dx\int 2x \cos x \, dx 做第二次:令 u=2xu = 2x,dv=cos⁡x dxdv = \cos x \, dx。則 du=2 dxdu = 2 \, dx,v=sin⁡xv = \sin x。
  • ∫2xcos⁡x dx=2xsin⁡x−∫2sin⁡x dx=2xsin⁡x+2cos⁡x\int 2x \cos x \, dx = 2x \sin x - \int 2 \sin x \, dx = 2x \sin x + 2 \cos x。
  • 合併:−x2cos⁡x+2xsin⁡x+2cos⁡x+C-x^2 \cos x + 2x \sin x + 2 \cos x + C。

當你看到一個 nn 次多項式乘上 sin⁡/cos⁡/exp⁡\sin/\cos/\exp 時,預期要套用這條法則 nn 次。

範例 4:∫excos⁡x dx\int e^x \cos x \, dx(迴圈技巧)

兩個因式都是同樣「好」的候選——無論積分還是微分,誰都不會變得更簡單。套用兩次,看著原本的積分又繞回來,然後用代數方法解出。

  • 第一次:u=cos⁡xu = \cos x,dv=ex dxdv = e^x \, dx → ∫excos⁡x dx=excos⁡x+∫exsin⁡x dx\int e^x \cos x \, dx = e^x \cos x + \int e^x \sin x \, dx。
  • 對新的積分做第二次:u=sin⁡xu = \sin x,dv=ex dxdv = e^x \, dx → ∫exsin⁡x dx=exsin⁡x−∫excos⁡x dx\int e^x \sin x \, dx = e^x \sin x - \int e^x \cos x \, dx。
  • 代回去:原式 =excos⁡x+exsin⁡x−= e^x \cos x + e^x \sin x - 原式。
  • 解出:2⋅原式=ex(cos⁡x+sin⁡x)2 \cdot \text{原式} = e^x (\cos x + \sin x),所以原式 =ex(cos⁡x+sin⁡x)2+C= \frac{e^x(\cos x + \sin x)}{2} + C。

範例 5:∫ln⁡x dx\int \ln x \, dx(「沒有明顯的 dv」情形)

看起來沒有東西可以當 dvdv 來積分。技巧:使用 dv=dxdv = dx(ln⁡x⋅1\ln x \cdot 1 裡的那個「11」)。

  • u=ln⁡xu = \ln x,dv=dxdv = dx → du=1xdxdu = \frac{1}{x} dx,v=xv = x。
  • ∫ln⁡x dx=xln⁡x−∫x⋅1xdx=xln⁡x−x+C\int \ln x \, dx = x \ln x - \int x \cdot \frac{1}{x} dx = x \ln x - x + C。

同樣這個技巧也能處理 ∫arcsin⁡x dx\int \arcsin x \, dx、∫arctan⁡x dx\int \arctan x \, dx 以及類似的積分。

常見錯誤

  1. 正負號錯誤。公式裡只有一個減號——用草稿紙追蹤 +/−+/-。
  2. uu 選錯。如果新的積分比原本的更難,那你把 uu 和 dvdv 選反了。把它們對調。
  3. 忘記不定積分的「+ C」。
  4. 在代換可行時卻用分部積分。分部積分用於不符合 u-代換模式的乘積。如果是 ∫f(g(x))g′(x) dx\int f(g(x)) g'(x) \, dx,請用代換。

自己動手試試

把任意積分丟進積分計算器,我們會告訴你該用代換、分部積分還是部分分式——並附上每一個步驟。

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Frequently Asked Questions

The formula is ∫u dv = uv − ∫v du. You split the integrand into two factors (u and dv), differentiate u to get du, integrate dv to get v, then apply the formula.

Use the LIATE mnemonic: prefer Logarithms, Inverse trig, Algebraic, Trig, Exponential — in that order — as u. The remaining factor becomes dv. This ordering usually results in a simpler remaining integral.

When the resulting integral ∫v du has the same general form as the original (for example ∫eˣ sin x dx), apply the formula a second time and then solve algebraically for the original integral by treating it as an unknown.

AI-Math Editorial Team

By AI-Math Editorial Team

Published 2026-05-02

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