部分積分
\begin{align} \int x e^{-ax} dx &= - \frac{1}{a} x e^{-ax} + \frac{1}{a} \int e^{-ax} dx \\ &= - \frac{1}{a} x e^{-ax} - \frac{1}{a^2} e^{-ax} + C \ \ \ \ \ \ \ \ ( C \text{ は積分定数 } ) \end{align}
\begin{align} \int_0^\infty x e^{-ax} dx &= \left[ - \frac{1}{a} x e^{-ax} - \frac{1}{a^2} e^{-ax} \right]_0^\infty \\ &= \frac{1}{a^2} \end{align}