与えられた6つの定積分を計算する問題です。 (1) $\int_{-2}^2 \frac{3}{x+4} dx$ (2) $\int_{0}^1 \frac{1}{3x-6} dx$ (3) $\int_{1}^2 (3x^2 + \frac{5}{x} - \frac{2}{x^3}) dx$ (4) $\int_{1}^3 \frac{x^3-x+2}{x^2} dx$ (5) $\int_{-3}^{-2} \frac{x+2}{x^2+x} dx$ (6) $\int_{-1}^0 \frac{x+8}{x^2+x-2} dx$

解析学定積分積分計算対数関数部分分数分解
2025/7/3

1. 問題の内容

与えられた6つの定積分を計算する問題です。
(1) 223x+4dx\int_{-2}^2 \frac{3}{x+4} dx
(2) 0113x6dx\int_{0}^1 \frac{1}{3x-6} dx
(3) 12(3x2+5x2x3)dx\int_{1}^2 (3x^2 + \frac{5}{x} - \frac{2}{x^3}) dx
(4) 13x3x+2x2dx\int_{1}^3 \frac{x^3-x+2}{x^2} dx
(5) 32x+2x2+xdx\int_{-3}^{-2} \frac{x+2}{x^2+x} dx
(6) 10x+8x2+x2dx\int_{-1}^0 \frac{x+8}{x^2+x-2} dx

2. 解き方の手順

(1)
223x+4dx=3221x+4dx=3[lnx+4]22=3(ln6ln2)=3ln62=3ln3\int_{-2}^2 \frac{3}{x+4} dx = 3 \int_{-2}^2 \frac{1}{x+4} dx = 3 [\ln|x+4|]_{-2}^2 = 3(\ln6 - \ln2) = 3\ln\frac{6}{2} = 3\ln3
(2)
0113x6dx=130133x6dx=13[ln3x6]01=13(ln3ln6)=13(ln3ln6)=13ln36=13ln12=13ln2\int_{0}^1 \frac{1}{3x-6} dx = \frac{1}{3}\int_{0}^1 \frac{3}{3x-6} dx = \frac{1}{3}[\ln|3x-6|]_0^1 = \frac{1}{3}(\ln|-3| - \ln|-6|) = \frac{1}{3}(\ln3 - \ln6) = \frac{1}{3}\ln\frac{3}{6} = \frac{1}{3}\ln\frac{1}{2} = -\frac{1}{3}\ln2
(3)
12(3x2+5x2x3)dx=12(3x2+5x2x3)dx=[x3+5lnx2x22]12=[x3+5lnx+1x2]12=(23+5ln2+122)(13+5ln1+112)=(8+5ln2+14)(1+0+1)=8+5ln2+142=6+5ln2+14=254+5ln2\int_{1}^2 (3x^2 + \frac{5}{x} - \frac{2}{x^3}) dx = \int_{1}^2 (3x^2 + \frac{5}{x} - 2x^{-3}) dx = [x^3 + 5\ln|x| - 2\cdot\frac{x^{-2}}{-2}]_{1}^2 = [x^3 + 5\ln|x| + \frac{1}{x^2}]_{1}^2 = (2^3 + 5\ln2 + \frac{1}{2^2}) - (1^3 + 5\ln1 + \frac{1}{1^2}) = (8 + 5\ln2 + \frac{1}{4}) - (1 + 0 + 1) = 8 + 5\ln2 + \frac{1}{4} - 2 = 6 + 5\ln2 + \frac{1}{4} = \frac{25}{4} + 5\ln2
(4)
13x3x+2x2dx=13(x1x+2x2)dx=[x22lnx2x]13=(322ln323)(122ln121)=(92ln323)(1202)=9223ln312+2=8223+2ln3=423+2ln3=623ln3=1823ln3=163ln3\int_{1}^3 \frac{x^3-x+2}{x^2} dx = \int_{1}^3 (x - \frac{1}{x} + \frac{2}{x^2}) dx = [\frac{x^2}{2} - \ln|x| - \frac{2}{x}]_{1}^3 = (\frac{3^2}{2} - \ln3 - \frac{2}{3}) - (\frac{1^2}{2} - \ln1 - \frac{2}{1}) = (\frac{9}{2} - \ln3 - \frac{2}{3}) - (\frac{1}{2} - 0 - 2) = \frac{9}{2} - \frac{2}{3} - \ln3 - \frac{1}{2} + 2 = \frac{8}{2} - \frac{2}{3} + 2 - \ln3 = 4 - \frac{2}{3} + 2 - \ln3 = 6 - \frac{2}{3} - \ln3 = \frac{18-2}{3} - \ln3 = \frac{16}{3} - \ln3
(5)
32x+2x2+xdx=32x+2x(x+1)dx=32(2x1x+1)dx=[2lnxlnx+1]32=(2ln2ln2+1)(2ln3ln3+1)=(2ln2ln1)(2ln3ln2)=2ln202ln3+ln2=3ln22ln3=ln(23)ln(32)=ln8ln9=ln89\int_{-3}^{-2} \frac{x+2}{x^2+x} dx = \int_{-3}^{-2} \frac{x+2}{x(x+1)} dx = \int_{-3}^{-2} (\frac{2}{x} - \frac{1}{x+1}) dx = [2\ln|x| - \ln|x+1|]_{-3}^{-2} = (2\ln|-2| - \ln|-2+1|) - (2\ln|-3| - \ln|-3+1|) = (2\ln2 - \ln1) - (2\ln3 - \ln2) = 2\ln2 - 0 - 2\ln3 + \ln2 = 3\ln2 - 2\ln3 = \ln(2^3) - \ln(3^2) = \ln8 - \ln9 = \ln\frac{8}{9}
(6)
10x+8x2+x2dx=10x+8(x+2)(x1)dx=10(2x+2+3x1)dx=[2lnx+2+3lnx1]10=(2ln0+2+3ln01)(2ln1+2+3ln11)=(2ln2+3ln1)(2ln1+3ln2)=2ln2+003ln2=5ln2\int_{-1}^0 \frac{x+8}{x^2+x-2} dx = \int_{-1}^0 \frac{x+8}{(x+2)(x-1)} dx = \int_{-1}^0 (\frac{-2}{x+2} + \frac{3}{x-1}) dx = [-2\ln|x+2| + 3\ln|x-1|]_{-1}^0 = (-2\ln|0+2| + 3\ln|0-1|) - (-2\ln|-1+2| + 3\ln|-1-1|) = (-2\ln2 + 3\ln1) - (-2\ln1 + 3\ln2) = -2\ln2 + 0 - 0 - 3\ln2 = -5\ln2

3. 最終的な答え

(1) 3ln33\ln3
(2) 13ln2-\frac{1}{3}\ln2
(3) 254+5ln2\frac{25}{4} + 5\ln2
(4) 163ln3\frac{16}{3} - \ln3
(5) ln89\ln\frac{8}{9}
(6) 5ln2-5\ln2

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