次の問題を積分せよ(定積分).
∫ 0 π 2 sin 4 x cos 2 x d x
1 32 π
ウォリス積分
∫ 0 π 2 cos n x d x = ∫ 0 π 2 sin n x d x = n − 1 n ⋅ n − 3 n − 2 ⋯ 1 2 ⋅ π 2 n − 1 n ⋅ n − 3 n − 2 ⋯ 2 3 ⋅ 1
を用いる.
cos 2 x = 1 − sin 2 x (三角関数の関係式の 1 番目の式を変形する)より
与式 = ∫ 0 π 2 sin 4 x ( 1 − sin 2 x ) d x
= ∫ 0 π 2 ( sin 4 x − sin 6 x ) d x
= ∫ 0 π 2 sin 4 x d x − ∫ 0 π 2 sin 6 x d x (∵ 定積分の基本式(3))
ヒントの公式の n に代入する値が 4 と 6 (偶数)なので,以下のようになる.
= 3 4 ⋅ 1 2 ⋅ π 2 − 5 6 ⋅ 3 4 ⋅ 1 2 ⋅ π 2
= 3 16 π − 5 32 π
= 1 32 π
= ∫ 0 π 2 sin x cos x 2 sin 2 x d x
2倍角の公式を用いて式を変形する.
= ∫ 0 π 2 1 2 sin 2 x 2 ⋅ 1 2 1 − cos 2 x d x
= 1 8 ∫ 0 π 2 sin 2 2 x 1 − cos 2 x d x
= 1 8 ∫ 0 π 2 sin 2 2 x d x − ∫ 0 π 2 sin 2 2 x cos 2 x d x
sin 2 x = t とおく置換積分で解く
d t d x = 2 cos 2 x より cos 2 x d x = 1 2 d t
x : 0 → π 2 のとき t : 0 → 0
よって
= ∫ 0 0 t 2 1 2 d t = 0
= 1 8 π 4 + 0
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学生スタッフ作成 最終更新日: 2025年10月29日