定積分の問題

■問題

次の問題を積分せよ(定積分).

∫ 1 2 1 4 − 2 x 2 d x

■解説動画

◇積分の動画一覧のページへ

■答

2 8 π   

■ヒント

x = 2 sin θ とおく置換積分をする.

あるいは, 基本となる関数の積分より

∫ 1 a 2 − x 2 d x = sin − 1 x a + C ( C は積分定数) ・・・・・・(1)

を用いる.

■解説

x = 2 sin θ とおく置換積分をする. 

d x d θ = 2 cos θ より, d x = 2 cos θ d θ

x が 1 → 2 のとき, θ は π 4 → π 2   

よって

∫ 1 2 1 4 − 2 x 2 d x

= ∫ π 4 π 2 1 4 − 2 ( 2 sin θ ) 2 2 cos θ d θ

= ∫ π 4 π 2 2 cos θ 4 − 4 sin 2 θ d θ

= 2 2 ∫ π 4 π 2 cos θ 1 − sin 2 θ d θ

= 2 2 ∫ π 4 π 2 cos θ cos 2 θ d θ

= 2 2 ∫ π 4 π 2 cos θ cos θ d θ

( π 4 ≦ θ ≦ π 2 では cos θ ≧ 0 なので cos 2 θ = cos θ )

= 2 2 ∫ π 4 π 2 d θ

= 2 2 [ θ ] π 4 π 2

= 2 2 ( π 2 − π 4 )

= 2 8 π

●別解

あらかじめ, ∫ 1 4 − 2 x 2 d x を求めておく.類題のこれを参照のこと

ヒントの式(1)より

∫ 1 4 − 2 x 2 d x

= ∫ 1 2 2 − ( 2 x ) 2 d x

= 1 2 sin − 1 2 2 x + C

2 2 = 2 ⋅ 2 2 2 = 2 2 2 = 1 2 より

= 1 2 sin − 1 x 2 + C

(これが  1 4 − 2 x 2 の原始関数である)

よって,定積分の定義より

∫ 1 2 1 4 − 2 x 2 d x = [ 1 2 sin − 1 x 2 ] 1 2

となる.

= 1 2 sin − 1 2 2 − 1 2 sin − 1 1 2

= 1 2 sin − 1 1 − 1 2 sin − 1 1 2

アークサインはここを参照

= 1 2 · π 2 − 1 2 · π 4

= π 4 2

= 2 8 π

 

 ホーム>>カテゴリー分類>>積分>>積分の問題>>定積分の問題>> ∫ 1 2 1 4 − 2 x 2 d x

最終更新日: 2025年6月9日