以下の定積分を計算します。 (1) $\int_{1}^{4} \frac{1}{\sqrt{x}} dx$ (2) $\int_{0}^{\pi} \cos t dt$ (3) $\int_{-1}^{1} u du$ (4) $\int_{0}^{1} \sqrt[3]{x^2} dx$ (5) $\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \frac{1}{\cos^2 x} dx$ (6) $\int_{-1}^{0} \frac{1}{e^x} dx$ (7) $\int_{0}^{1} e^{x-1} dx$ (8) $\int_{1}^{2} 2^x dx$ (9) $\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin^2 x dx$

解析学定積分積分
2025/6/30
はい、承知いたしました。画像にある数学の問題を解きます。

1. 問題の内容

以下の定積分を計算します。
(1) 141xdx\int_{1}^{4} \frac{1}{\sqrt{x}} dx
(2) 0πcostdt\int_{0}^{\pi} \cos t dt
(3) 11udu\int_{-1}^{1} u du
(4) 01x23dx\int_{0}^{1} \sqrt[3]{x^2} dx
(5) 0π41cos2xdx\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \frac{1}{\cos^2 x} dx
(6) 101exdx\int_{-1}^{0} \frac{1}{e^x} dx
(7) 01ex1dx\int_{0}^{1} e^{x-1} dx
(8) 122xdx\int_{1}^{2} 2^x dx
(9) 0π2sin2xdx\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin^2 x dx

2. 解き方の手順

(1) 141xdx=14x12dx\int_{1}^{4} \frac{1}{\sqrt{x}} dx = \int_{1}^{4} x^{-\frac{1}{2}} dx
=[2x12]14=2421=42=2= [2x^{\frac{1}{2}}]_{1}^{4} = 2\sqrt{4} - 2\sqrt{1} = 4 - 2 = 2
(2) 0πcostdt=[sint]0π=sinπsin0=00=0\int_{0}^{\pi} \cos t dt = [\sin t]_{0}^{\pi} = \sin \pi - \sin 0 = 0 - 0 = 0
(3) 11udu=[12u2]11=12(1)212(1)2=1212=0\int_{-1}^{1} u du = [\frac{1}{2}u^2]_{-1}^{1} = \frac{1}{2}(1)^2 - \frac{1}{2}(-1)^2 = \frac{1}{2} - \frac{1}{2} = 0
(4) 01x23dx=01x23dx=[35x53]01=35(1)5335(0)53=350=35\int_{0}^{1} \sqrt[3]{x^2} dx = \int_{0}^{1} x^{\frac{2}{3}} dx = [\frac{3}{5}x^{\frac{5}{3}}]_{0}^{1} = \frac{3}{5}(1)^{\frac{5}{3}} - \frac{3}{5}(0)^{\frac{5}{3}} = \frac{3}{5} - 0 = \frac{3}{5}
(5) 0π41cos2xdx=0π4sec2xdx=[tanx]0π4=tanπ4tan0=10=1\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \frac{1}{\cos^2 x} dx = \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \sec^2 x dx = [\tan x]_{0}^{\frac{\pi}{4}} = \tan \frac{\pi}{4} - \tan 0 = 1 - 0 = 1
(6) 101exdx=10exdx=[ex]10=e0(e(1))=1+e=e1\int_{-1}^{0} \frac{1}{e^x} dx = \int_{-1}^{0} e^{-x} dx = [-e^{-x}]_{-1}^{0} = -e^{0} - (-e^{-(-1)}) = -1 + e = e-1
(7) 01ex1dx=[ex1]01=e11e01=e0e1=11e\int_{0}^{1} e^{x-1} dx = [e^{x-1}]_{0}^{1} = e^{1-1} - e^{0-1} = e^0 - e^{-1} = 1 - \frac{1}{e}
(8) 122xdx=[2xln2]12=22ln221ln2=4ln22ln2=2ln2\int_{1}^{2} 2^x dx = [\frac{2^x}{\ln 2}]_{1}^{2} = \frac{2^2}{\ln 2} - \frac{2^1}{\ln 2} = \frac{4}{\ln 2} - \frac{2}{\ln 2} = \frac{2}{\ln 2}
(9) 0π2sin2xdx=0π21cos(2x)2dx=[x2sin(2x)4]0π2=(π4sin(π)4)(0sin(0)4)=π400+0=π4\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin^2 x dx = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \frac{1 - \cos(2x)}{2} dx = [\frac{x}{2} - \frac{\sin(2x)}{4}]_{0}^{\frac{\pi}{2}} = (\frac{\pi}{4} - \frac{\sin(\pi)}{4}) - (0 - \frac{\sin(0)}{4}) = \frac{\pi}{4} - 0 - 0 + 0 = \frac{\pi}{4}

3. 最終的な答え

(1) 2
(2) 0
(3) 0
(4) 35\frac{3}{5}
(5) 1
(6) e1e-1
(7) 11e1 - \frac{1}{e}
(8) 2ln2\frac{2}{\ln 2}
(9) π4\frac{\pi}{4}

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