与えられた6つの定積分の値を計算します。 (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) $\int_{-1}^{0} \frac{x+8}{x^2+x-2} dx$

解析学定積分積分部分分数分解対数関数
2025/7/7

1. 問題の内容

与えられた6つの定積分の値を計算します。
(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(ln(6)ln(2))=3ln(62)=3ln(3)\int_{-2}^{2} \frac{3}{x+4} dx = 3 \int_{-2}^{2} \frac{1}{x+4} dx = 3 [\ln|x+4|]_{-2}^{2} = 3(\ln(6)-\ln(2)) = 3\ln(\frac{6}{2}) = 3\ln(3)
(2)
0113x6dx=130133x6dx=13[ln3x6]01=13(ln3(1)6ln3(0)6)=13(ln3ln6)=13(ln(3)ln(6))=13ln(36)=13ln(12)=13ln(2)\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(1)-6| - \ln|3(0)-6|) = \frac{1}{3}(\ln|-3| - \ln|-6|) = \frac{1}{3}(\ln(3) - \ln(6)) = \frac{1}{3}\ln(\frac{3}{6}) = \frac{1}{3}\ln(\frac{1}{2}) = -\frac{1}{3}\ln(2)
(3)
12(3x2+5x2x3)dx=12(3x2+5x2x3)dx=[x3+5lnx+x2]12=(23+5ln(2)+22)(13+5ln(1)+12)=(8+5ln(2)+14)(1+0+1)=8+5ln(2)+142=6+5ln(2)+14=254+5ln(2)\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| + x^{-2}]_{1}^{2} = (2^3 + 5\ln(2) + 2^{-2}) - (1^3 + 5\ln(1) + 1^{-2}) = (8 + 5\ln(2) + \frac{1}{4}) - (1 + 0 + 1) = 8 + 5\ln(2) + \frac{1}{4} - 2 = 6 + 5\ln(2) + \frac{1}{4} = \frac{25}{4} + 5\ln(2)
(4)
13x3x+2x2dx=13(x1x+2x2)dx=13(x1x+2x2)dx=[12x2lnx2x1]13=(12(32)ln(3)23)(12(12)ln(1)2)=92ln(3)2312+0+2=82+2ln(3)23=4+2ln(3)23=623ln(3)=163ln(3)\int_{1}^{3} \frac{x^3-x+2}{x^2} dx = \int_{1}^{3} (x - \frac{1}{x} + \frac{2}{x^2}) dx = \int_{1}^{3} (x - \frac{1}{x} + 2x^{-2}) dx = [\frac{1}{2}x^2 - \ln|x| - 2x^{-1}]_{1}^{3} = (\frac{1}{2}(3^2) - \ln(3) - \frac{2}{3}) - (\frac{1}{2}(1^2) - \ln(1) - 2) = \frac{9}{2} - \ln(3) - \frac{2}{3} - \frac{1}{2} + 0 + 2 = \frac{8}{2} + 2 - \ln(3) - \frac{2}{3} = 4 + 2 - \ln(3) - \frac{2}{3} = 6 - \frac{2}{3} - \ln(3) = \frac{16}{3} - \ln(3)
(5)
32x+2x2+xdx=32x+2x(x+1)dx\int_{-3}^{2} \frac{x+2}{x^2+x} dx = \int_{-3}^{2} \frac{x+2}{x(x+1)} dx.
部分分数分解を行う。x+2x(x+1)=Ax+Bx+1\frac{x+2}{x(x+1)} = \frac{A}{x} + \frac{B}{x+1}.
x+2=A(x+1)+Bxx+2 = A(x+1) + Bx.
x=0x = 0 のとき、2=A(1)+0    A=22 = A(1) + 0 \implies A=2.
x=1x = -1 のとき、1=0+B(1)    B=11 = 0 + B(-1) \implies B=-1.
よって、x+2x(x+1)=2x1x+1\frac{x+2}{x(x+1)} = \frac{2}{x} - \frac{1}{x+1}.
32(2x1x+1)dx=[2lnxlnx+1]32=(2ln(2)ln(3))(2ln(3)ln(2))=3ln(2)3ln(3)=3(ln(2)ln(3))=3ln(23)\int_{-3}^{2} (\frac{2}{x} - \frac{1}{x+1}) dx = [2\ln|x| - \ln|x+1|]_{-3}^{2} = (2\ln(2) - \ln(3)) - (2\ln(3) - \ln(2)) = 3\ln(2) - 3\ln(3) = 3(\ln(2)-\ln(3)) = 3\ln(\frac{2}{3}).
(6)
10x+8x2+x2dx=10x+8(x+2)(x1)dx\int_{-1}^{0} \frac{x+8}{x^2+x-2} dx = \int_{-1}^{0} \frac{x+8}{(x+2)(x-1)} dx.
部分分数分解を行う。x+8(x+2)(x1)=Ax+2+Bx1\frac{x+8}{(x+2)(x-1)} = \frac{A}{x+2} + \frac{B}{x-1}.
x+8=A(x1)+B(x+2)x+8 = A(x-1) + B(x+2).
x=1x = 1 のとき、9=0+B(3)    B=39 = 0 + B(3) \implies B=3.
x=2x = -2 のとき、6=A(3)+0    A=26 = A(-3) + 0 \implies A=-2.
よって、x+8(x+2)(x1)=2x+2+3x1\frac{x+8}{(x+2)(x-1)} = \frac{-2}{x+2} + \frac{3}{x-1}.
10(2x+2+3x1)dx=[2lnx+2+3lnx1]10=(2ln(2)+3ln(1))(2ln(1)+3ln(2))=2ln(2)+0(0+3ln(2))=5ln(2)\int_{-1}^{0} (\frac{-2}{x+2} + \frac{3}{x-1}) dx = [-2\ln|x+2| + 3\ln|x-1|]_{-1}^{0} = (-2\ln(2) + 3\ln(1)) - (-2\ln(1) + 3\ln(2)) = -2\ln(2) + 0 - (0 + 3\ln(2)) = -5\ln(2).

3. 最終的な答え

(1) 3ln(3)3\ln(3)
(2) 13ln(2)-\frac{1}{3}\ln(2)
(3) 254+5ln(2)\frac{25}{4} + 5\ln(2)
(4) 163ln(3)\frac{16}{3} - \ln(3)
(5) 3ln(23)3\ln(\frac{2}{3})
(6) 5ln(2)-5\ln(2)

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