与えられた複数の関数を積分せよという問題です。具体的には以下の12個の関数について不定積分を求める必要があります。 (1) $(x-3)(2x-1)$ (2) $(\frac{x+1}{x})^2$ (3) $\frac{(x-1)(\sqrt{x}-2)}{x^2}$ (4) $(e^x+e^{-x})^2$ (5) $2^{x+1}+3^{x+1}$ (6) $\frac{1}{\cos^2 x \sin^2 x}$ (7) $\cos^2 \frac{x}{2}$ (8) $\sin^3 x$ (9) $\sin x \cos 2x$ (10) $\frac{1}{\tan^2 x}$ (11) $\frac{x + \sqrt{x^2-1}}{x - \sqrt{x^2-1}}$ (12) $\frac{\sqrt{1+x^2} + \sqrt{1-x^2}}{\sqrt{1-x^4}}$

解析学不定積分積分三角関数指数関数代数
2025/7/3
はい、承知いたしました。問題の指示に従い、画像の数学の問題を解いていきます。

1. 問題の内容

与えられた複数の関数を積分せよという問題です。具体的には以下の12個の関数について不定積分を求める必要があります。
(1) (x3)(2x1)(x-3)(2x-1)
(2) (x+1x)2(\frac{x+1}{x})^2
(3) (x1)(x2)x2\frac{(x-1)(\sqrt{x}-2)}{x^2}
(4) (ex+ex)2(e^x+e^{-x})^2
(5) 2x+1+3x+12^{x+1}+3^{x+1}
(6) 1cos2xsin2x\frac{1}{\cos^2 x \sin^2 x}
(7) cos2x2\cos^2 \frac{x}{2}
(8) sin3x\sin^3 x
(9) sinxcos2x\sin x \cos 2x
(10) 1tan2x\frac{1}{\tan^2 x}
(11) x+x21xx21\frac{x + \sqrt{x^2-1}}{x - \sqrt{x^2-1}}
(12) 1+x2+1x21x4\frac{\sqrt{1+x^2} + \sqrt{1-x^2}}{\sqrt{1-x^4}}

2. 解き方の手順

それぞれの関数について、積分を計算します。
(1) (x3)(2x1)dx=(2x27x+3)dx=23x372x2+3x+C\int (x-3)(2x-1) dx = \int (2x^2 - 7x + 3) dx = \frac{2}{3}x^3 - \frac{7}{2}x^2 + 3x + C
(2) (x+1x)2dx=(1+2x+1x2)dx=x+2lnx1x+C\int (\frac{x+1}{x})^2 dx = \int (1 + \frac{2}{x} + \frac{1}{x^2}) dx = x + 2\ln|x| - \frac{1}{x} + C
(3) (x1)(x2)x2dx=xx2xx+2x2dx=(x1/22x1x3/2+2x2)dx=2x2lnx+2x1/22x1+C=2x2lnx+2x2x+C\int \frac{(x-1)(\sqrt{x}-2)}{x^2} dx = \int \frac{x\sqrt{x} - 2x - \sqrt{x} + 2}{x^2} dx = \int (x^{-1/2} - 2x^{-1} - x^{-3/2} + 2x^{-2}) dx = 2\sqrt{x} - 2\ln|x| + 2x^{-1/2} - 2x^{-1} + C = 2\sqrt{x} - 2\ln|x| + \frac{2}{\sqrt{x}} - \frac{2}{x} + C
(4) (ex+ex)2dx=(e2x+2+e2x)dx=12e2x+2x12e2x+C\int (e^x+e^{-x})^2 dx = \int (e^{2x} + 2 + e^{-2x}) dx = \frac{1}{2}e^{2x} + 2x - \frac{1}{2}e^{-2x} + C
(5) (2x+1+3x+1)dx=(22x+33x)dx=22xln2+33xln3+C\int (2^{x+1}+3^{x+1}) dx = \int (2\cdot 2^x + 3 \cdot 3^x) dx = \frac{2 \cdot 2^x}{\ln 2} + \frac{3 \cdot 3^x}{\ln 3} + C
(6) 1cos2xsin2xdx=sin2x+cos2xcos2xsin2xdx=(1cos2x+1sin2x)dx=tanxcotx+C\int \frac{1}{\cos^2 x \sin^2 x} dx = \int \frac{\sin^2 x + \cos^2 x}{\cos^2 x \sin^2 x} dx = \int (\frac{1}{\cos^2 x} + \frac{1}{\sin^2 x}) dx = \tan x - \cot x + C
(7) cos2x2dx=1+cosx2dx=12x+12sinx+C\int \cos^2 \frac{x}{2} dx = \int \frac{1 + \cos x}{2} dx = \frac{1}{2}x + \frac{1}{2}\sin x + C
(8) sin3xdx=sinx(1cos2x)dx=(sinxsinxcos2x)dx=cosx+13cos3x+C\int \sin^3 x dx = \int \sin x (1 - \cos^2 x) dx = \int (\sin x - \sin x \cos^2 x) dx = -\cos x + \frac{1}{3}\cos^3 x + C
(9) sinxcos2xdx=sinx(cos2xsin2x)dx=sinx(12sin2x)dx=(sinx2sin3x)dx=(sinx2sinx(1cos2x))dx=(sinx+2sinxcos2x)dx=cosx23cos3x+C\int \sin x \cos 2x dx = \int \sin x (\cos^2 x - \sin^2 x) dx = \int \sin x (1 - 2\sin^2 x) dx = \int (\sin x - 2\sin^3 x) dx = \int (\sin x - 2\sin x(1-\cos^2 x)) dx = \int (-\sin x + 2\sin x \cos^2 x )dx = \cos x - \frac{2}{3} \cos^3 x + C
(10) 1tan2xdx=cot2xdx=(1sin2x1)dx=cotxx+C\int \frac{1}{\tan^2 x} dx = \int \cot^2 x dx = \int (\frac{1}{\sin^2 x} - 1) dx = -\cot x - x + C
(11) x+x21xx21dx=(x+x21)2x2(x21)dx=(x2+2xx21+x21)dx=(2x21+2xx21)dx=23x3x+23(x21)3/2+C\int \frac{x + \sqrt{x^2-1}}{x - \sqrt{x^2-1}} dx = \int \frac{(x + \sqrt{x^2-1})^2}{x^2 - (x^2 - 1)} dx = \int (x^2 + 2x\sqrt{x^2-1} + x^2 - 1) dx = \int (2x^2 - 1 + 2x\sqrt{x^2-1}) dx = \frac{2}{3}x^3 - x + \frac{2}{3}(x^2-1)^{3/2} + C
(12) 1+x2+1x21x4dx=(1+x21x21+x2+1x21x21+x2)dx=(11x2+11+x2)dx=arcsinx+sinh1x+C=arcsinx+ln(x+1+x2)+C\int \frac{\sqrt{1+x^2} + \sqrt{1-x^2}}{\sqrt{1-x^4}} dx = \int (\frac{\sqrt{1+x^2}}{\sqrt{1-x^2}\sqrt{1+x^2}} + \frac{\sqrt{1-x^2}}{\sqrt{1-x^2}\sqrt{1+x^2}}) dx = \int (\frac{1}{\sqrt{1-x^2}} + \frac{1}{\sqrt{1+x^2}}) dx = \arcsin x + \sinh^{-1} x + C = \arcsin x + \ln(x + \sqrt{1+x^2}) + C

3. 最終的な答え

(1) 23x372x2+3x+C\frac{2}{3}x^3 - \frac{7}{2}x^2 + 3x + C
(2) x+2lnx1x+Cx + 2\ln|x| - \frac{1}{x} + C
(3) 2x2lnx+2x2x+C2\sqrt{x} - 2\ln|x| + \frac{2}{\sqrt{x}} - \frac{2}{x} + C
(4) 12e2x+2x12e2x+C\frac{1}{2}e^{2x} + 2x - \frac{1}{2}e^{-2x} + C
(5) 2x+1ln2+3x+1ln3+C\frac{2^{x+1}}{\ln 2} + \frac{3^{x+1}}{\ln 3} + C
(6) tanxcotx+C\tan x - \cot x + C
(7) 12x+12sinx+C\frac{1}{2}x + \frac{1}{2}\sin x + C
(8) cosx+13cos3x+C-\cos x + \frac{1}{3}\cos^3 x + C
(9) cosx23cos3x+C\cos x - \frac{2}{3} \cos^3 x + C
(10) cotxx+C-\cot x - x + C
(11) 23x3x+23(x21)3/2+C\frac{2}{3}x^3 - x + \frac{2}{3}(x^2-1)^{3/2} + C
(12) arcsinx+ln(x+1+x2)+C\arcsin x + \ln(x + \sqrt{1+x^2}) + C

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