以下の5つの不定積分を計算します。 (1) $\int \frac{x}{\sqrt{5-x}} dx$ (2) $\int \frac{\sin x \cos^2 x}{1 + \cos x} dx$ (3) $\int (\sin x + \cos x)^2 dx$ (4) $\int \frac{x - \cos^2 x}{x \cos^2 x} dx$ (5) $\int (\sin x + \sin 2x)^2 dx$

解析学不定積分置換積分三角関数
2025/7/1
はい、承知いたしました。与えられた積分問題を解いていきます。

1. 問題の内容

以下の5つの不定積分を計算します。
(1) x5xdx\int \frac{x}{\sqrt{5-x}} dx
(2) sinxcos2x1+cosxdx\int \frac{\sin x \cos^2 x}{1 + \cos x} dx
(3) (sinx+cosx)2dx\int (\sin x + \cos x)^2 dx
(4) xcos2xxcos2xdx\int \frac{x - \cos^2 x}{x \cos^2 x} dx
(5) (sinx+sin2x)2dx\int (\sin x + \sin 2x)^2 dx

2. 解き方の手順

(1) x5xdx\int \frac{x}{\sqrt{5-x}} dx
置換積分を行います。t=5xt = 5 - x とおくと、x=5tx = 5 - tdx=dtdx = -dt となります。
x5xdx=5tt(dt)=(5t1/2t1/2)dt=(52t1/223t3/2)+C=10t+23tt+C=105x+23(5x)5x+C=105x+1035x23x5x+C=2035x23x5x+C=23(10+x)5x+C\int \frac{x}{\sqrt{5-x}} dx = \int \frac{5-t}{\sqrt{t}} (-dt) = - \int (5t^{-1/2} - t^{1/2}) dt = - (5 \cdot 2t^{1/2} - \frac{2}{3}t^{3/2}) + C = -10\sqrt{t} + \frac{2}{3}t\sqrt{t} + C = -10\sqrt{5-x} + \frac{2}{3}(5-x)\sqrt{5-x} + C = -10\sqrt{5-x} + \frac{10}{3}\sqrt{5-x} - \frac{2}{3}x\sqrt{5-x} + C = -\frac{20}{3}\sqrt{5-x} - \frac{2}{3}x\sqrt{5-x} + C = -\frac{2}{3}(10+x)\sqrt{5-x} + C
(2) sinxcos2x1+cosxdx\int \frac{\sin x \cos^2 x}{1 + \cos x} dx
cosx=t\cos x = tとおくと、sinxdx=dt\sin x dx = -dtとなる。
sinxcos2x1+cosxdx=t21+t(dt)=t2t+1dt=(t1+1t+1)dt=(12t2t+lnt+1)+C=12cos2x+cosxlncosx+1+C\int \frac{\sin x \cos^2 x}{1 + \cos x} dx = \int \frac{t^2}{1+t} (-dt) = - \int \frac{t^2}{t+1} dt = - \int (t-1+\frac{1}{t+1}) dt = -(\frac{1}{2}t^2 - t + \ln|t+1|) + C = -\frac{1}{2}\cos^2 x + \cos x - \ln|\cos x + 1| + C
(3) (sinx+cosx)2dx\int (\sin x + \cos x)^2 dx
(sinx+cosx)2=sin2x+2sinxcosx+cos2x=1+2sinxcosx=1+sin2x(\sin x + \cos x)^2 = \sin^2 x + 2\sin x \cos x + \cos^2 x = 1 + 2\sin x \cos x = 1 + \sin 2x
(sinx+cosx)2dx=(1+sin2x)dx=x12cos2x+C\int (\sin x + \cos x)^2 dx = \int (1 + \sin 2x) dx = x - \frac{1}{2}\cos 2x + C
(4) xcos2xxcos2xdx\int \frac{x - \cos^2 x}{x \cos^2 x} dx
xcos2xxcos2xdx=(xxcos2xcos2xxcos2x)dx=(1cos2x1x)dx=(sec2x1x)dx=tanxlnx+C\int \frac{x - \cos^2 x}{x \cos^2 x} dx = \int (\frac{x}{x \cos^2 x} - \frac{\cos^2 x}{x \cos^2 x}) dx = \int (\frac{1}{\cos^2 x} - \frac{1}{x}) dx = \int (\sec^2 x - \frac{1}{x}) dx = \tan x - \ln|x| + C
(5) (sinx+sin2x)2dx\int (\sin x + \sin 2x)^2 dx
(sinx+sin2x)2=(sinx+2sinxcosx)2=sin2x(1+2cosx)2=sin2x(1+4cosx+4cos2x)=sin2x+4sin2xcosx+4sin2xcos2x=1cos2x2+4sin2xcosx+4sin2xcos2x(\sin x + \sin 2x)^2 = (\sin x + 2\sin x \cos x)^2 = \sin^2 x (1 + 2\cos x)^2 = \sin^2 x (1 + 4\cos x + 4\cos^2 x) = \sin^2 x + 4\sin^2 x \cos x + 4\sin^2 x \cos^2 x = \frac{1 - \cos 2x}{2} + 4\sin^2 x \cos x + 4\sin^2 x \cos^2 x
(sinx+sin2x)2dx=(sinx+2sinxcosx)2dx=sin2x(1+2cosx)2dx=sin2x(1+4cosx+4cos2x)dx=(sin2x+4sin2xcosx+4sin2xcos2x)dx=(1cos2x2+4sin2xcosx+4(cos2x)(1cos2x)cosx)dx=x2sin2x443(cosx)3+C\int (\sin x + \sin 2x)^2 dx = \int (\sin x + 2 \sin x \cos x)^2 dx = \int \sin^2 x (1 + 2 \cos x)^2 dx = \int \sin^2 x (1 + 4 \cos x + 4 \cos^2 x) dx = \int (\sin^2 x + 4 \sin^2 x \cos x + 4 \sin^2 x \cos^2 x) dx = \int (\frac{1-\cos 2x}{2} + 4 \sin^2 x \cos x + 4 (\cos^2 x) (1 - \cos^2 x) \cos x ) dx = \frac{x}{2} - \frac{\sin 2x}{4} - \frac{4}{3} (\cos x)^3 + C
4sin2xcosxdx=43(sinx)3=43sin3x+C\int 4 \sin^2 x \cos x dx = \frac{4}{3} (\sin x)^3 = \frac{4}{3}\sin^3 x + C
4sin2xcos2xdx=(1cos2x)+(1+cos2x)/2\int 4\sin^2 x \cos^2 xdx = \int (1-\cos 2x) + (1+\cos2x)/2 *
(sinx+sin2x)2=sin2x+2sinxsin2x+sin22x=1cos2x2+2sinx(2sinxcosx)+1cos4x2=1cos2x2+4sin2xcosx+1cos4x2=1cos2x2+4sin2xcosxcos4x2(\sin x + \sin 2x)^2 = \sin^2 x + 2 \sin x \sin 2x + \sin^2 2x = \frac{1 - \cos 2x}{2} + 2\sin x (2 \sin x \cos x) + \frac{1 - \cos 4x}{2} = \frac{1 - \cos 2x}{2} + 4 \sin^2 x \cos x + \frac{1 - \cos 4x}{2} = 1 - \frac{\cos 2x}{2} + 4 \sin^2 x \cos x - \frac{\cos 4x}{2}
(sinx+sin2x)2dx=(112cos2x+4sin2xcosx12cos4x)dx=x14sin2x+43sin3x18sin4x+C\int (\sin x + \sin 2x)^2 dx = \int (1 - \frac{1}{2}\cos 2x + 4\sin^2 x \cos x - \frac{1}{2}\cos 4x) dx = x - \frac{1}{4}\sin 2x + \frac{4}{3}\sin^3 x - \frac{1}{8} \sin 4x + C

3. 最終的な答え

(1) x5xdx=23(x+10)5x+C\int \frac{x}{\sqrt{5-x}} dx = -\frac{2}{3}(x+10)\sqrt{5-x} + C
(2) sinxcos2x1+cosxdx=12cos2x+cosxlncosx+1+C\int \frac{\sin x \cos^2 x}{1 + \cos x} dx = -\frac{1}{2}\cos^2 x + \cos x - \ln|\cos x + 1| + C
(3) (sinx+cosx)2dx=x12cos2x+C\int (\sin x + \cos x)^2 dx = x - \frac{1}{2}\cos 2x + C
(4) xcos2xxcos2xdx=tanxlnx+C\int \frac{x - \cos^2 x}{x \cos^2 x} dx = \tan x - \ln|x| + C
(5) (sinx+sin2x)2dx=x14sin2x+43sin3x18sin4x+C\int (\sin x + \sin 2x)^2 dx = x - \frac{1}{4}\sin 2x + \frac{4}{3}\sin^3 x - \frac{1}{8}\sin 4x + C

「解析学」の関連問題

## 1. 問題の内容

2重積分領域積分範囲
2025/7/1

2つの放物線 $C_1: y = x^2 + 2x + 4$ と $C_2: y = x^2 - 2x + 2$ がある。 (1) $C_1$と$C_2$の両方に接する直線 $l$ の方程式を求める。...

二次関数放物線接線面積
2025/7/1

関数 $f(x, y) = -x^3 + 12x - 5y^2$ の極大となる点での極大値を求める。

多変数関数極値偏微分ヘッセ行列
2025/7/1

関数 $f(x, y) = -x^3 + 12x - 5y^2$ の極大となる点の座標を求める。

多変数関数極値問題偏微分ヘッセ行列
2025/7/1

与えられた2つの関数について、それぞれの極小点または極大点の座標を求める問題です。 一つ目の関数は $f(x, y) = x^2 + y^2$ で、極小となる点の座標を求めます。 二つ目の関数は $f...

多変数関数極値極小点極大点
2025/7/1

合成関数 $z = x^3 + y^2$ において、$x = \cos t$、$y = \sin t$ であるとき、$\frac{dz}{dt}$ を求め、選択肢の中から正しいものを選ぶ。

合成関数偏微分微分三角関数
2025/7/1

合成関数 $z = x^2 - y^3$ について、$x = \cos t$、$y = \sin t$ のとき、$dz/dt$を求める問題です。

合成関数偏微分連鎖律微分
2025/7/1

$z = x^2 + y^3$, $x = \cos t$, $y = \sin t$ のとき、$\frac{dz}{dt}$ を求める問題です。

偏微分合成関数の微分微分
2025/7/1

与えられた三角方程式を $0 \leqq \theta < 2\pi$ の範囲で解く。 (1) $\sin(\theta + \frac{\pi}{6}) = \frac{\sqrt{3}}{2}$ ...

三角関数三角方程式解の公式角度
2025/7/1

$0 \le \theta < 2\pi$ の範囲で、以下の2つの不等式を解く問題です。 (1) $2\sin\theta < -\sqrt{3}$ (2) $\sqrt{2}\cos\theta -...

三角関数不等式三角不等式sincos角度
2025/7/1