3.1 解答

3.1

1.

(a) 積分公式 $ \displaystyle{\int x^{\alpha}dx = \frac{x^{\alpha}}{\alpha + 1} + c}$が利用できることに気づけばよい.


$\displaystyle \int (3x^{-3} + 4x^{5}) dx$ $\displaystyle \underbrace{=}_{和の積分は積分の和}$ $\displaystyle \int 3x^{-3}dx + \int 4x^{5}dx$  
  $\displaystyle \underbrace{=}_{定数は積分記号の外にだせる}$ $\displaystyle 3\int x^{-3}dx + 4\int x^{5}dx$  
  $\displaystyle =$ $\displaystyle 3(-\frac{1}{2}x^{-2}) + \frac{2}{3}x^6 = \frac{-3}{2 {x^2}} + \frac{2 {x^6}}{3} + c$  

(b) 積分公式 $ \displaystyle{\int x^{\alpha}dx = \frac{x^{\alpha}}{\alpha + 1} + c}$ $ \displaystyle{\int \frac{1}{x^{2} + a^{2}}dx = \frac{1}{a}\tan^{-1}{x} + c}$が利用できることに気づけばよい.

$\displaystyle \int (t^3 + \frac{1}{t^2 + 1}) dt = \frac{t^4}{4} + \tan^{-1} (t) + c$

(c) 積分公式 $ \displaystyle{\int \sec^{2}{x}dx = \tan{x}}$が利用できることに気づけばよい.


$\displaystyle \int -2 \tan^{2}{x} dx$ $\displaystyle =$ $\displaystyle -2 \int \frac{\sin^{2}{x}}{\cos^{2}{x}} dx = -2 \int \frac{1 - \cos^{2}{x}}{\cos^{2}{x}}dx$  
  $\displaystyle =$ $\displaystyle -2 \int (\sec^{2}{x} - 1)dx = -2(\tan{x} - x) + c$  

(d) 分子が和や差で与えられていたら分解する.


$\displaystyle \int \frac{x^3 + 1}{\sqrt{x}} dx$ $\displaystyle =$ $\displaystyle \int \frac{x^{3}}{\sqrt{x}}dx + \int \frac{1}{\sqrt{x}}dx = \int x^{\frac{5}{2}}dx + \int x^{-\frac{1}{2}} dx$  
  $\displaystyle =$ $\displaystyle \frac{2}{7}x^{\frac{7}{2}} + 2x^{\frac{1}{2}} + c$  

(e) 分子の次数が分母以上のときは,割り算する.


$\displaystyle \int \frac{x^2 + 5}{x^2 + 4} dx$ $\displaystyle =$ $\displaystyle \int (1 + \frac{1}{x^2 + 4}) dx = x + \frac{1}{2}\tan^{-1}{\frac{x}{2}} + c$  

(f) 積分公式 $ \displaystyle{\int \frac{1}{\sqrt{a^{2} - x^{2}}}dx = \sin^{-1}{\frac{x}{a}} + c}$が利用できることに気づけばよい.


$\displaystyle \int \frac{1}{\sqrt{4 - t^2}} dt$ $\displaystyle =$ $\displaystyle \int \frac{1}{\sqrt{2^2 - t^2}} dt = \sin^{-1}{\frac{t}{2}} + c$  

(g) $ \displaystyle{\cos^{2}{x} = \frac{1 + \cos{2x}}{2}}$と変形すれば,積分公式 $ \displaystyle{\int \cos{bx} dx = \frac{1}{b}\sin{x} + c}$

を利用できることに気づけばよい.


$\displaystyle \int \cos^{2}{x} dx$ $\displaystyle =$ $\displaystyle \int \frac{1 + \cos{2x}}{2} dx = \frac{x}{2} + \frac{\sin{2x}}{4} + c$  

(h) 積分公式 $ \displaystyle{\int \frac{1}{\sqrt{x^{2} + A}}dx = \log{\vert x + \sqrt{x^{2} + A}\vert} + c}$が利用できることに気づけばよい.

$\displaystyle \int \frac{1}{\sqrt{t^2 + 4}} dt = \log{\vert t + \sqrt{t^2 + 4}\vert} + c$

(i) 積分公式 $ \displaystyle{\int \frac{1}{x^{2} - a^{2}}dx = \frac{1}{2a}\log{\vert\frac{x-a}{x+a}}\vert + c}$が利用できることに気づけばよい.

$\displaystyle \int \frac{1}{4 - x^2} dx = - \int \frac{1}{x^{2} - 2^{2}}dx = -\frac{1}{4}\log{\left\vert\frac{x-2}{x+2}\right\vert} + c$