部分積分の問題

■問題

次の問題を積分せよ(不定積分).

x 2 + 5 d x

■解説動画

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■答

1 2 ( x x 2 + 5 + 5 log | x + x 2 + 5 | ) + C C は積分定数)

■ヒント

部分積分法

f ( x ) g ( x ) d x = f ( x ) g ( x ) f ( x ) g ( x ) d x

を用いる.

■解説

x = 1 より

f ( x ) = x g ( x ) = x 2 + 5

として部分積分を行う.

x 2 + 5 d x

= ( x ) x 2 + 5 d x (この式は公式の右辺の f ( x ) g ( x ) d x に対応する)

= x x 2 + 5 x { ( x 2 + 5 ) 1 2 } d x

(この式は公式の左辺 = f ( x ) g ( x ) f ( x ) g ( x ) d x に対応する)

= x x 2 + 5 x 1 2 2 x ( x 2 + 5 ) 1 2 d x

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

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

5 5 = 0 なので,式の値は変らない)

= x x 2 + 5 ( x 2 + 5 x 2 + 5 5 x 2 + 5 ) d x

= x x 2 + 5 ( x 2 + 5 5 x 2 + 5 ) d x

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

= x x 2 + 5 x 2 + 5 d x + 5 1 x 2 + 5 d x

= x x 2 + 5 x 2 + 5 d x + 5 log | x + x 2 + 5 |

1 x 2 + 5 d x = log | x + x 2 + 5 | の計算過程は, 積分の公式を使った問題 1 x 2 + 5 d x  を参照 )

ここで,右辺の式の中に左辺の式が含まれている.よって,左辺の式を I として計算を進める.

I = x 2 + 5 d x とおく

I = x x 2 + 5 I + 5 log | x + x 2 + 5 |

2 I = x x 2 + 5 + 5 log | x + x 2 + 5 |

I = 1 2 ( x x 2 + 5 + 5 log | x + x 2 + 5 | )

よって,積分定数 C を加えて

x 2 + 5 d x = 1 2 ( x x 2 + 5 + 5 log | x + x 2 + 5 | ) + C

 

■確認問題

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


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最終更新日: 2025年8月18日