不定積分の問題

■問題

次の問題を積分せよ(不定積分).

1 x 2 +5 dx  

■答

log| x+ x 2 +5 |+C         ( C は積分定数)

■ヒント

1 x 2 + A d x = log | x + x 2 + A | + C   (ここを参照)

の公式を用いる.

■解説

1 x 2 +5 dx 


この問題では,公式の A は 5 より,これを公式にあてはめると

= 1 ( x ) 2 +5 dx 

x 2 = ( x ) 2 累 乗を参照)

=log| x+ x 2 +5 |+C  

■別解

1 x 2 +5 dx = 1 5 x 5 2 +1 dx

x 5 =tant 1 2 π<t< 1 2 π )とおき置換積分をする.

x= 5 tant dx dt = 5 cos 2 t dx= 5 cos 2 t dt   tant の微分はここを参照

よって

与式= 1 5 tan 2 t+1 5 cos 2 t dt

= 1 5 1 cos 2 t 5 cos 2 t dt

1 2 π<x< 1 2 π では cosx>0 より,簡単に√を取り除くことができる.

= 1 5 1 cost 5 cos 2 t dt

= 1 cost dt

= 1 2 log 1+sint 1sint +C  この計算はここを参照

sint を変数xで表す.以下のように計算する.

x a =tant より

x 5 2 = tan 2 t= 1 cos 2 t 1  三角関数の相互関係を参照

1 cos 2 t = x 2 5 +1= x 2 +5 5

cos 2 t= 5 x 2 +5

1 sin 2 t= 5 x 2 +5  三角関数の相互関係を参照

sin 2 t=1 5 x 2 +5 = x 2 x 2 +5

sint= x x 2 +5


1+sint 1sint を変数 x で表す.以下のように計算する.

1+sint 1sint = 1+ x x 2 +5 1 x x 2 +5

= x 2 +5 +x x 2 +5 x

= x 2 +5 +x 2 x 2 +5 x x 2 +5 +x

= x 2 +5 +x 2 5 2

= 1 2 log x 2 +5 +x 2 5 +C

= 1 2 log x 2 +5 +x 2 + 1 2 log5+C

=log x 2 +5 +x + C  この対数の計算公式を参照  ・・・・・・(3)

ただし, C = 1 2 log5+C とおいている.

x 2 +5 +x>0 より,絶対値をとらなくてもよい.

■確認問題

求まった答  log| x+ x 2 +5 |+C を微分し,積分前の式   1 x 2 +5  に戻ることを確認しなさい.


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最終更新日: 2024年6月18日