定積分の問題

定積分

■問題

次の定積分の値を求めよ.

∫ π 3 π 2 1 sin x d x

■解説動画

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■答

1 2 log 3

■解説

1 sin x = sin x sin 2 x = sin x 1 − cos 2 x

cos x = t とおいて,置換積分を行う.

cos x = t を両辺 x で微分すると,

− sin x = d t d x

sin x d x = − d t

となる.

cos x = t に,積分範囲の上端,下端を代入すると

x = π 3 のとき, t = 1 2

x = π 2 のとき, t = 0

となる.

積分変数を x から t に変換すると,

∫ π 3 π 2 sin x 1 − cos 2 x d x = ∫ 1 2 0 − d t 1 − t 2 = − ∫ 0 1 2 − d t 1 − t 2 = ∫ 0 1 2 d t ( 1 + t ) ( 1 − t )

分数関数の積分になるので,部分分数に分解をする.

1 ( 1 + t ) ( 1 − t ) = A 1 + t + B 1 − t ・・・・・・(1)

とすると,

A 1 + t + B 1 − t = A ( 1 − t ) + B ( 1 + t ) ( 1 + t ) ( 1 − t ) = A − A t + B + B t ( 1 + t ) ( 1 − t ) = ( A + B ) + ( B − A ) t ( 1 + t ) ( 1 − t )

(1)より,

{ A + B = 1 B − A = 0

よって,

A = B

2 B = 1 , B = 1 2 ( = A )

よって(1)に代入して, 1 ( 1 + t ) ( 1 − t ) = 1 2 ⋅ 1 1 + t + 1 2 ⋅ 1 1 − t = 1 2 ( 1 1 + t + 1 1 − t )

与式 = ∫ 0 1 2 d t ( 1 + t ) ( 1 − t )

= 1 2 ∫ 0 1 2 ( 1 1 + t + 1 1 − t ) d t

( 1 1 + t の積分についてはここを参照)

= 1 2 [ log | 1 + t | − log | 1 − t | ] 0 1 2

= 1 2 [ log | 1 + t 1 − t | ] 0 1 2

= 1 2 ( log | 1 + 1 2 1 − 1 2 | − 0 )

= 1 2 log | 3 2 1 2 |

= 1 2 log 3

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最終更新日: 2025年9月7日