![]() ![]() *** 螟ァ蛹コ蛻� *** 謨ー竇�繝サ�。謨ー竇。繝サ�「謨ー竇「鬮伜穀繝サ螟ァ蟄ヲ蛻晏ケエ蠎ヲ *** 荳ュ蛹コ蛻� *** 繝吶け繝医Ν繝サ陦悟�騾」遶区婿遞句シ�隍�エ�謨ー髢「謨ー繝サ謨ー蛻�蠕ョ蛻�遨榊�蠕ョ蛻�婿遞句シ�邨ア險�maxima 窶サ鬮伜穀縺九i螟ァ蟄ヲ蛻晏ケエ蠎ヲ繝ャ繝吶Ν縺ョ縲檎ゥ榊�縲�縺ォ縺、縺�※�後%縺ョ繧オ繧、繝医↓縺ッ谺。縺ョ謨呎攝縺後≠繧翫∪縺呻シ�
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【cosxに関する不定積分≪一覧≫】
○[基本]
∫cosx dx=sinx+C…(*2.1) ○[cosnx]の形のうちnが小さいとき→2倍角公式,3倍角公式などで変形する. ∫cos2x dx= ![]() ![]() ∫cos3x dx= ![]() ![]() ∫cos4x dx= ![]() ![]() ![]() = ![]() ![]() ![]() ∫cos5x dx = ![]() ![]() ![]() = ![]() ![]() ○[cosnx]の形のうちnが奇数の場合 ∫ f(sinx)cosx dx→sinx=tとおいて置換積分 の応用として ∫cos2n+1xdx=∫cos2nxcosxdx=∫ (1−sin2x)ncosxdx …(*2.6) ○[cosnx]の形のうちnが偶数の場合 nが正の整数のとき(奇数のときでも使えます) ∫cosnx dx→漸化式を作り,逐次次数を下げる.…(*2.7) (※一般項を求めるのではない.) ○[ ![]() ∫ ![]() ![]() ![]() = ![]() ![]() ∫ ![]() ∫ ![]() ![]() ![]() ○[xncosx]の形→部分積分 ∫ xcosx dx=xsinx+cosx+C…(*2.11) ∫ x2cosx dx=2xcosx+(x2−2)sinx+C…(*2.12) ∫ xncosx dx→漸化式を作り,逐次次数を下げる. …(*2.13) ○[eaxcosbx]の形→部分積分を2回行う ∫ excosx dx= ![]() ∫ e2xcos3x dx= ![]() ∫ e−xcosx dx=− ![]() ○[ ![]() 一般に,分子が分母の微分となっている関数の場合は,分母・分子がどんなに複雑であっても,直ちにlog|f(x)|の形で積分が求まります. ∫ ![]() ∫ ![]() ∫ ![]() ![]() ○[f(sinx, cosx, tanx)]の形→tan ![]() sinx= ![]() ![]() ![]() tで表されます.ただし,複雑な式になることが多いので,これは「最後の手段」と考えた方がよい.…(*2.20) ![]() |
(解説) (*2.1)← ![]() (*2.2)← 半角公式(=2倍角公式)を使って,被積分関数を書き換えるとできます. cos2x= ![]() ∫cos2x dx=∫ ( ![]() ![]() ![]() ![]() (*2.3)← 3倍角公式を使って,被積分関数を書き換えるとできます. cos3x=4cos3x−3cosxにより cos3x= ![]() ![]() ∫cos3x dx=∫ ( ![]() ![]() = ![]() ![]()
この積分は(*2.6)を使って求めることもできます.
(*2.4)←∫cos3x dx=∫cos2xcosx dx=∫ (1−sin2x)cosx dx sinx=tとおくと ![]() ∫ (1−sin2x)cosx dx=∫ (1−t2)cosx ![]() =∫ (1−t2)dt=t− ![]() ![]() sin3xの3倍角公式を使って変形すると,(#1)と(#2)とは同じ式であることが分かります. 半角公式(=2倍角公式)を2回使って,被積分関数を書き換えるとできます. cos2x= ![]() cos4x=( ![]() ![]() = ![]() ![]() = ![]() ![]() ![]() ∫cos4x dx= ![]() ![]() ![]()
この積分は(*2.7)を使って求めることもできます.
(*2.5)←In=∫cosnx dxとおくと In= ![]() ![]() により,I0→I2→I4→...と順に求めることができます. I0=∫cos0x dx=∫ 1 dx=x+C I2= ![]() ![]() I4= ![]() ![]() ![]() ![]() = ![]() ![]() ![]() sin2xの2倍角公式を使って変形すると,(#3)と(#4)とは同じ式であることが分かります. ∫cos5x dx=∫ (1−sin2x)2cosx dxから(*2.6)を使う ことにより ∫ (1−t2)2cosx ![]() = ![]() ![]() ![]() ![]() - - - In= ![]() ![]() により, I1→I3→I5→...の順に求めるときは, I1=∫cos1x dx=sinx+C I3= ![]() ![]() I5= ![]() ![]() ![]() ![]() = ![]() ![]() ![]() となります.(#5)と(#6)は,cos2x=1−sin2xを使って変形すると,同じ式であることが分かります. |
(*2.6)← ∫ f(sinx)cosx dx→sinx=tとおいて置換積分すると ![]() ∫ f(sinx)cosx dx=∫ f(t)cosx ![]() =F(t)+C=F(sinx)+Cのようにf(t)の不定積分を求める問題となります. [例] sinx≧0の区間で ∫ ![]() =∫ ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() - - - ∫sin4xcosx dx=∫ t4cosx ![]() = ![]() - - - ∫cos2n+1x dx=∫cos2nxcosx dx=∫ (1−sin2x)ncosx dx - - - 一般に ∫sinnxcosx dx= ![]() (*2.7)← In=∫cosnx dx=∫cosn−1xcosx dxとして部分積分を行う
In=cosn−1xsinx+(n−1)∫cosn−2xsin2x dx =cosn−1xsinx+(n−1)∫cosn−2x(1−cos2x)dx =cosn−1xsinx+(n−1)(∫cosn−2x dx−∫cosnx dx) In=cosn−1xsinx+(n−1)(In−2−In ) nIn=cosn−1xsinx+(n−1)In−2 In= ![]() ![]() |
||||
(*2.8)← ∫ ![]() ![]() ∫ ![]() ![]() ![]() ![]() 置換積分を行うと I=∫ ![]() ![]() ![]() ![]() - - -
(*2.6)を用ると次のように計算できます.
(*2.9)←∫ ![]() ![]() ![]() sinx=tとおいて置換積分すると ![]() I=∫ ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() =− ![]() ![]() ![]() =− ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() = ![]() (*2.10)← (*2.6)を使った置換積分になります. [例] ∫ ![]() ![]() ![]() ![]() (部分分数分解を行う...略) = ![]() ![]() ![]() ![]() |
(*2.11)← 次の部分積分を行います.
=xsinx+cosx+C (*2.12)← 部分積分を2回行います.
I=x2sinx+2xcosx−2sinx+C (*2.13)← nが小さな整数の場合は,(*2.11)(*2.12)のようにxnを微分する側に選んで,それが定数になるまで部分積分を行うとできますが,nが大きい整数であるときは,次のような漸化式を作って,Inを順に求めて行くことができます. In=∫ xncosx dxとおく(n≧2)
=xnsinx−n∫ xn−1sinx dx
=xnsinx+nxn−1cosx−n(n−1)In−2 これにより,
I0=sinx+C→I2→I4→...の順に求めます.
(*2.14)←I1=xsinx+cosx+C→I3→I5→...の順に求めます. 部分積分を2回行い「方程式のように解きます」. I=∫ excosx dxとおく
=exsinx−∫ exsinx dx
I=exsinx+excosx−I 2I=exsinx+excosxだから I= ![]() |
(*2.15)(*2.16)← 係数に注意すれば(*2.14)と同様の方法で求められます. a, b≠0のとき,I=∫ eaxcosbx dxを求めてみると
= ![]() ![]()
![]() ![]() ![]() ![]() = ![]() ![]() ![]()
b2I=beaxsinbx+aeaxcosbx−a2I
したがって(a2+b2)I=beaxsinbx+aeaxcosbx I= ![]() ∫ eaxcosbx dx= ![]() この式でa=2, b=3とおけば(*2.15),a=−1, b=1とおけば(*2.16)になります. (*2.17)← (1+cosx)’=−sinxだから ∫ ![]() ![]() 0以上だから| |は( )でよい (*2.18)← (sinx+cosx)’=cosx−sinxだから ∫ ![]() (*2.19)← ∫ ![]() ![]() =∫ ![]() ![]() ![]() と変形すると log|sinx|−log|1−sinx|+C=log ![]()
この不定積分はsinx=tの置換積分によっても得られます.
(*2.20)←tanαの2倍角公式:tan2α= ![]() ![]() tanx= ![]() また,cosαの2倍角公式:cos2α=2cos2α−1と三角関数の相互関係: sin2α+cos2α=1 → 1+tan2α= ![]() ![]() ![]() となるから cosx= ![]() sinx=tanxcosxだから sinx= ![]() ![]() ![]() ![]() ので,sinx, cosx, tanxを含んだ式tan ![]() 積分となります.(他の方法では不定積分が求められないときでも,この方法で求められます.ただし,他の方法でも求められるような問題にこの方法を使うと,途中経過が煩雑となって,かえって困ってしまうことがありますので,何でもこれでやればよいという訳ではないことに注意) [使える例]
∫
![]()
tan
I=∫![]() cosx= ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() dx= ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() =− ![]() ![]() ![]() なお,この種の問題に広く使える訳ではないが,この問題についてだけ使える変形として,次の答案が考えられる. ∫ ![]() ![]() ![]() =∫ ![]() ![]() ![]() ![]() (#7)と(#8)の関数の部分は,2倍角公式(半角公式)を使えば一致することがわかります. |
○以下の問題は,この頁のどこかに書かれている内容(再現問題)か,または,それを少しだけ変形したものです.
○正しい番号をクリックしてください.
…(*2.3)の解説#2参照
→3
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[問題2]
次の不定積分を求めてください. ∫cos4x dx 1 ![]() ![]() ![]() 2 ![]() ![]() ![]() 3 ![]() ![]() ![]() 4 ![]() ![]() ![]() 解説
…(*2.4)
→4
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…(*2.8)の別表記参照
→2
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…(*2.9)
→1
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…(*2.20)の解説#7参照
→3
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…(*2.17)
→4
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…(*2.11)
→1
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[問題8]
次の不定積分を求めてください. ∫ excosx dx 1 ![]() 2− ![]() 3 ![]() 4− ![]() 解説
…(*2.14)
→1
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[問題9]
In=∫cosnx dx (n=2,3,4,...)とおくと,次のどの漸化式 が成り立ちますか. 1In= ![]() ![]() 2In= ![]() ![]() 3In= ![]() ![]() 4In= ![]() ![]() 解説
…(*2.7)の解説参照
→2
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[問題10]
In=∫ xncosx dx (n=2,3,4,...)とおくと,次のどの漸化式 が成り立ちますか. 1In=xn−1cosx+nxnsinx−n(n−1)In−2 2In=xn−1sinx+nxncosx−n(n−1)In−2 3In=xncosx+nxn−1sinx−n(n−1)In−2 4In=xnsinx+nxn−1cosx−n(n−1)In−2 解説
…(*2.13)の解説参照
→4
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■[個別の頁からの質問に対する回答][cosxに関する不定積分について/18.6.6]
前回のご回答、ありがとうございました。
さて、改めまして、「やはり符号がおかしい」所があります。
【理由】置換積分の場合、sin3xの場合*1.10と、cos3xの場合*2.10 は、初めの被積分関数f(t)の符号が-・+の違いがあるのに、どうして、結論のI(x)は+1/4、-1、-1、と同じ並びになるのでしょうか。これについては、*2.8の最後のI式で絶対値記号が外されたとき、符号が反対になるのでしょうか? *1.8では、符号が反対になっていませんのでとても違和感があります。…絶対値の外し方について、良く理解できていないところがある私ですので、この指摘が間違っていましたら御免なさい。どうぞ宜しくお願い致します。2018.6.6
■[個別の頁からの質問に対する回答][cosxに関する不定積分について/18.3.26]
=>[作者]:連絡ありがとう.被積分関数の符号が逆だから,積分の結果が逆になります.絶対値記号のはずし方は sin xのページに書きました. cosxに関する不定積分問題5について、計算の答えが選択肢に見当たりません。おそらく、選択肢3の符号が誤っているのだと思います。(2.20)の解説#7においても、最後で置換されたtをtan(x/2)に戻す時に-をつけ忘れています…
=>[作者]:連絡ありがとう.訂正しました. |
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