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== 三角関数の不定積分 ==
三角関数の積分公式

(1)wnsinxdx=−cosx+C
(1’)wnsinkxdx=−.coskxknnnnn+C
(1”)wnsin(ax+b)dx=−.cos(ax+b)annnnnnnnn+C
(2)wncosxdx=sinx+C
(2’)wncoskxdx=.sinkxknnnnn+C
(2”)wncos(ax+b)dx=.sin(ax+b)annnnnnnnn+C
(3)wntanxdx=−log|cosx|+C
(3’)wntankxdx=−.log|coskx|knnnnnnnnn+C
(3”)wntan(ax+b)dx=−.log|cos(ax+b)|annnnnnnnnnnn+C
(解説)
(1)←
.ddxnn(cosx)=−sinx.ddxnn(cosx)=sinx
wnsinxdx=cosx+C
(1’)←
合成関数の微分法により
.dydxnn=.dydunn.dudxnn
y=cosu, u=kxとおくと
.dydxnn=−sinu×k=−sinkx×k
.ddxnn(coskx)=−sinkx×k
.ddxnn(.coskxknnnnnn)=sinkx
したがって
wnsinkxdx=.coskxknnnnn+C
同様にして, (1”) が得られる.
.ddxnn(ax+b)=aに注意 (定数項は消える).
したがって, .cos(ax+b)annnnnnnnnの分母にはbは含まれない.
(2)←
.ddxnn(sinx)=cosx
wncosxdx=sinx+C
(2’)←
y=sinu, u=kxとおくと
.dydxnn=cosu×k=coskx×k
.ddxnn(sinkx)=coskx×k
.ddxnn(.sinkxknnnnnn)=coskx
したがって
wncoskxdx=.sinkxknnnnn+C
同様にして, (2”) が得られる.
分母にはbがないことに注意.
(4)wn.1sin2xnnnndx=−.1tanxnnnn+C=−cotx+C
(4’)wn.1sin2kxnnnnndx=−.1ktankxnnnnnn+C=−.cotkxknnnnn+C
(4”)wn.1sin2(ax+b)nnnnnnnnnndx=−.1atan(ax+b)nnnnnnnnnn+C
=−.cot(ax+b)annnnnnnn+C

(5)wn.1cos2xnnnndx=tanx+C
(5’)wn.1cos2kxnnnnndx=.tankxknnnnn+C
(5”)wn.1cos2(ax+b)nnnnnnnnnndx=.tan(ax+b)annnnnnnn+C
※今の高校の教科書では sinθ,cosθ,tanθまでは書かれていますが,それらの逆数cosecθ,secθ,cotθは書かれていないのが普通です.
【ポイント】読むときは「3文字目の逆数」と覚えます.自分が書く必要はなく,今まで通りに書けばよい.
cosecθ=1sinθ,secθ=1cosθ,cotθ=1tanθ
自分が書くときは,1sin2xdx=1tanx+C
などと書けば十分です.

(3)←
.ddxnnlog|x|=.1xn
.ddxnn(cosx)=−sinx
y=log|u|, u=cosxとおくと
.dydxnn=.dydunn.dudxnn=.1un×(−sinx)=.1cosxnnnn×(−sinx)=−tanx
.ddxnn(log|cosx|)=−tanx
.ddxnn(log|cosx|)=tanx
wntanxdx=log|cosx|+C
(3’)←
y=log|s|, s=cost, t=kxとおくと
.dydxnn=.dydsnn.dsdtnn.dtdxnn=.1sn(−sint)×k=.1costnnnn×(−sint)×k
.ddxnn(log|coskx|)=−tankx×k
.ddxnn(.log|coskx|knnnnnnnnn)=tankx
したがって
wntankxdx=.log|coskx|knnnnnnnnn+C
同様にして, (3”)が得られる.
分母にはbがないことに注意.
(4)←
.1tanxnnnn=cotx=.cosxsinxnnnn
.ddxnn( .f(x)g(x)nnn)=.f’(x)g(x)−f(x)g’(x)g(x)2nnnnnnnnnnnnnnn
したがって
.ddxnn(cotx)=.sinxsinx−cosxcosxsin2xnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn=−.1sin2xnnnn
.ddxnn(cotx)=.1sin2xnnnn
ゆえに
wn.1sin2xnnnndx=cotx+C
(4’)(4”) 略
(5)←
tanx=.sinxcosxnnnn
.ddxnn( .f(x)g(x)nnn)=.f’(x)g(x)−f(x)g’(x)g(x)2nnnnnnnnnnnnnnn

だから
.ddxnn(tanx)=.cosxcosx−sinx(−sinx)cos2xnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn=.1cos2xnnnn
ゆえに
wn.1cos2xnnnndx=tanx+C
(5’)(5”) 略


(1’)wnsin2xdx=−.cos2x2nnnnn+C
(1”)wnsin(2x+1)dx=−.cos(2x+1)2nnnnnnnn+C
(2’)wncos2xdx=.sin2x2nnnnn+C
(2”)wncos(2x+1)dx=.sin(2x+1)2nnnnnnnn+C
(3’)wntan2xdx=−.log|cos2x|2nnnnnnnnn+C
(4’)wn.1sin22xnnnnndx=−.cot2x2nnnnn+C
(5’)wn.1cos22xnnnnndx=.tan2x2nnnnn+C

次の公式を用いると三角関数の積・平方をそれらの和・差に直して積分を求めることができる.
(A)sinαcosβ=.12n{sin(α+β)+sin(α−β)}
(B)cosαsinβ=.12n{sin(α+β)−sin(α−β)}
(C)cosαcosβ=.12n{cos(α+β)+cos(α−β)}
(D)sinαsinβ=−.12n{cos(α+β)−cos(α−β)}
(E)sin2α=.1−cos2nnnnnnn
(F)cos2α=.1+cos2nnnnnnn
(G)1+tan2α=.1cos2αnnnntan2α=.1cos2αnnnn−1→(5)
(H)1+.1tan2αnnnn=.1sin2αnnnn.1tan2αnnnn=.1sin2αnnnn−1→(4)

(A)wnsin4xcos2xdx=wn.12n{sin6x+sin2x}dx ←(1’)
=.12n{.cos6x6nnnnn.cos2x2nnnnn}+C=−.cos6x12nnnnn.cos2x4nnnnn+C
(C)wncos4xcos2xdx=wn.12n{cos6x+cos2x}dx ←(2’)
=.12n{.sin6x6nnnnn+.sin2x2nnnnn}+C=.sin6x12nnnnn+.sin2x4nnnnn+C
(D)wnsin4xsin2xdx=−.12nwn{cos6x−cos2x}dx ←(2’)
=−.12n{.sin6x6nnnnn.sin2x2nnnnn}+C=−.sin6x12nnnnn+.sin2x4nnnnn+C
(E)wnsin22xdx=wn.1−cos4x2nnnnnnndx=.12n(x−.sin4x4nnnnn)+C
=.12nx−.sin4x8nnnnn+C
(F)wncos22xdx=wn.1+cos4x2nnnnnnndx=.12n(x+.sin4x4nnnnn)+C
=.12nx+.sin4x8nnnnn+C
(G)wntan22xdx=wn(.1cos22xnnnnnn−1)dx=.tan2x2nnnnn−x+C

積分の方がtan2xの次数が低く見えて奇妙な感じを受けるが,これで正しい.
(H)wn.1tan22xnnnnndx=wn(.1sin22xnnnnn−1)dx=−.cot2x2nnnnn−x+C

問題次の不定積分を求めてください.
(解答は選択肢から選んでください.
クリックすれば,採点結果と解説が出ます.
暗算では無理です.別途計算用紙が必要です.)

(1) wnsin3xdx

.x2n+.sin6x12nnnnn+C .x2n.sin6x12nnnnn+C

.cos3x3nnnnn+C .cos3x3nnnnn+C

.tan3x3nnnnn+C .cot3x3nnnnn+C
(2) wnsin23xdx

.x2n+.sin6x12nnnnn+C .x2n.sin6x12nnnnn+C

.cos3x3nnnnn+C .cos3x3nnnnn+C

.tan3x3nnnnn+C .cot3x3nnnnn+C
(3) wn.1sin23xnnnnndx

.x2n+.sin6x12nnnnn+C .x2n.sin6x12nnnnn+C

.cos3x3nnnnn+C .cos3x3nnnnn+C

.tan3x3nnnnn+C .cot3x3nnnnn+C
(4) wncos3xdx

.x2n+.sin6x12nnnnn+C .x2n.sin6x12nnnnn+C

.sin3x3nnnnn+C .cos3x3nnnnn+C

.tan3x3nnnnn+C .cot3x3nnnnn+C
(5) wncos23xdx

.x2n+.sin6x12nnnnn+C .x2n.sin6x12nnnnn+C

.sin3x3nnnnn+C .cos3x3nnnnn+C

.tan3x3nnnnn+C .cot3x3nnnnn+C
(6) wn.1cos23xnnnnndx

.x2n+.sin6x12nnnnn+C .x2n.sin6x12nnnnn+C

.sin3x3nnnnn+C .cos3x3nnnnn+C

.tan3x3nnnnn+C .cot3x3nnnnn+C
(7) wntan3xdx

.tan3x3nnnnn+x+C .tan3x3nnnnn−x+C

.cot3x3nnnnn+x+C .cot3x3nnnnn−x+C

.log|cos3x|3nnnnnnnnn+C .log|cos3x|3nnnnnnnnn+C
(8) wntan23xdx

.tan3x3nnnnn+x+C .tan3x3nnnnn−x+C

.cot3x3nnnnn+x+C .cot3x3nnnnn−x+C

.log|sin3x|3nnnnnnnnn+C .log|cos3x|3nnnnnnnnn+C
(9) wn.1tan3xnnnnndx

.tan3x3nnnnn+x+C .tan3x3nnnnn−x+C

.cot3x3nnnnn+x+C .cot3x3nnnnn−x+C

.log|sin3x|3nnnnnnnnn+C .log|cos3x|3nnnnnnnnn+C
(10) wn.1tan23xnnnnndx

.tan3x3nnnnn+x+C .tan3x3nnnnn−x+C

.cot3x3nnnnn+x+C .cot3x3nnnnn−x+C

.log|sin3x|3nnnnnnnnn+C .log|cos3x|3nnnnnnnnn+C
(11) wnsin5xsinxdx

.sin6x12nnnnn+.sin4x8nnnnn+C .sin6x12nnnnn.sin4x8nnnnn+C

.sin6x12nnnnn+.sin4x8nnnnn+C .cos6x12nnnnn+.cos4x8nnnnn+C

.cos6x12nnnnn.cos4x8nnnnn+C .cos6x12nnnnn.cos4x8nnnnn+C
(12) wnsin5xcosxdx

.sin6x12nnnnn+.sin4x8nnnnn+C .sin6x12nnnnn.sin4x8nnnnn+C

.sin6x12nnnnn+.sin4x8nnnnn+C .cos6x12nnnnn+.cos4x8nnnnn+C

.cos6x12nnnnn.cos4x8nnnnn+C .cos6x12nnnnn.cos4x8nnnnn+C
(13) wncos5xcosxdx

.sin6x12nnnnn+.sin4x8nnnnn+C .sin6x12nnnnn.sin4x8nnnnn+C

.sin6x12nnnnn+.sin4x8nnnnn+C .cos6x12nnnnn+.cos4x8nnnnn+C

.cos6x12nnnnn.cos4x8nnnnn+C .cos6x12nnnnn.cos4x8nnnnn+C

[注]直前にPC版から入られた場合は,自動転送でスマホ版に来ていますので,ブラウザの[戻るキー]では戻れません(堂々巡りになる).下記のリンクを使ってメニューに戻ってください.
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■[個別の頁からの質問に対する回答][三角関数の不定積分について/18.9.5]
いつも参考になってます!
=>[作者]:連絡ありがとう.「いつも参考になってます!」とは微妙な表現かな.主語は何かと一瞬詰まるが,すれすれセーフかな.
■[個別の頁からの質問に対する回答][三角関数の不定積分について/18.6.28]
公式(4)の中に出てくるーcotとは-cosのことでしょうか?
=>[作者]:連絡ありがとう.今の高校の教科書では sinθ,cosθ,tanθまでは書かれていますが,それらの逆数 cosecθ,secθ,cotθは書かれていないのが普通です.(学習指導要領からの逸脱と言われないように,言ってはならないと自己検閲してしまう)他方で,高専や大学では,そんなことは分かっていて当然という対応もあり,隙間が埋まらないことがあるようです.接続がスムーズに行くように,両方から手を差し伸べる方がよいように思いますが.
【ポイント】読むときは「3文字目の逆数」と覚えます.自分が書く必要はなく,今まで通りに書けばよい.

自分が書くときは,
などと書けば十分です.
■[個別の頁からの質問に対する回答][三角関数の不定積分について/18.5.28]
3が邪魔
=>[作者]:連絡ありがとう.??それがないと sin kx, cos kxなどの練習にならない
■[個別の頁からの質問に対する回答][三角関数の不定積分について/17.8.7]
(5)← 非常に参考になりました。 ひとつ訂正箇所があるのですが、三角関数の不定積分の(5)で tanx=sinxcosx d/dx( f(x)g(x))=f’(x)g(x)-f(x)g’(x)/g(x)2 【だから d/dx(tanx)=cosxcosx-sinx(-cosx)/cos2x=1/cos2x】 とありますが 【だから d/dx(tanx)=cosxcosx-sinx(-sinx)/cos2x=1/cos2x】 ではないでしょうか。
=>[作者]:連絡ありがとう.訂正しました.
■[個別の頁からの質問に対する回答][三角関数の不定積分について/16.12.8]
非常に分かりやすく、やりがいのあるwebです。
=>[作者]:連絡ありがとう.

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