以下の4つの定積分の値を求める問題です。ここで、$a$ は正の定数です。 (1) $\int_{0}^{5} (2x+6) \, dx$ (2) $\int_{1}^{2} (x^2 + \frac{1}{x^2}) \, dx$ (3) $\int_{0}^{a} \frac{1}{x^2 + a^2} \, dx$ (4) $\int_{0}^{\frac{a}{2}} \frac{1}{\sqrt{a^2 - x^2}} \, dx$

解析学定積分積分計算不定積分arctanarcsin
2025/7/8

1. 問題の内容

以下の4つの定積分の値を求める問題です。ここで、aa は正の定数です。
(1) 05(2x+6)dx\int_{0}^{5} (2x+6) \, dx
(2) 12(x2+1x2)dx\int_{1}^{2} (x^2 + \frac{1}{x^2}) \, dx
(3) 0a1x2+a2dx\int_{0}^{a} \frac{1}{x^2 + a^2} \, dx
(4) 0a21a2x2dx\int_{0}^{\frac{a}{2}} \frac{1}{\sqrt{a^2 - x^2}} \, dx

2. 解き方の手順

(1) 05(2x+6)dx\int_{0}^{5} (2x+6) \, dx
まず、不定積分を求めます。
(2x+6)dx=x2+6x+C\int (2x+6) \, dx = x^2 + 6x + C
次に、定積分を計算します。
05(2x+6)dx=[x2+6x]05=(52+65)(02+60)=(25+30)0=55\int_{0}^{5} (2x+6) \, dx = [x^2 + 6x]_{0}^{5} = (5^2 + 6\cdot 5) - (0^2 + 6\cdot 0) = (25 + 30) - 0 = 55
(2) 12(x2+1x2)dx\int_{1}^{2} (x^2 + \frac{1}{x^2}) \, dx
まず、不定積分を求めます。
(x2+1x2)dx=(x2+x2)dx=13x31x+C\int (x^2 + \frac{1}{x^2}) \, dx = \int (x^2 + x^{-2}) \, dx = \frac{1}{3}x^3 - \frac{1}{x} + C
次に、定積分を計算します。
12(x2+1x2)dx=[13x31x]12=(13(23)12)(13(13)11)=(8312)(131)=831213+1=73+12=14+36=176\int_{1}^{2} (x^2 + \frac{1}{x^2}) \, dx = [\frac{1}{3}x^3 - \frac{1}{x}]_{1}^{2} = (\frac{1}{3}(2^3) - \frac{1}{2}) - (\frac{1}{3}(1^3) - \frac{1}{1}) = (\frac{8}{3} - \frac{1}{2}) - (\frac{1}{3} - 1) = \frac{8}{3} - \frac{1}{2} - \frac{1}{3} + 1 = \frac{7}{3} + \frac{1}{2} = \frac{14+3}{6} = \frac{17}{6}
(3) 0a1x2+a2dx\int_{0}^{a} \frac{1}{x^2 + a^2} \, dx
1x2+a2dx=1aarctan(xa)+C\int \frac{1}{x^2 + a^2} \, dx = \frac{1}{a} \arctan(\frac{x}{a}) + C
0a1x2+a2dx=[1aarctan(xa)]0a=1aarctan(aa)1aarctan(0a)=1aarctan(1)1aarctan(0)=1aπ41a0=π4a\int_{0}^{a} \frac{1}{x^2 + a^2} \, dx = [\frac{1}{a} \arctan(\frac{x}{a})]_{0}^{a} = \frac{1}{a} \arctan(\frac{a}{a}) - \frac{1}{a} \arctan(\frac{0}{a}) = \frac{1}{a} \arctan(1) - \frac{1}{a} \arctan(0) = \frac{1}{a} \cdot \frac{\pi}{4} - \frac{1}{a} \cdot 0 = \frac{\pi}{4a}
(4) 0a21a2x2dx\int_{0}^{\frac{a}{2}} \frac{1}{\sqrt{a^2 - x^2}} \, dx
1a2x2dx=arcsin(xa)+C\int \frac{1}{\sqrt{a^2 - x^2}} \, dx = \arcsin(\frac{x}{a}) + C
0a21a2x2dx=[arcsin(xa)]0a2=arcsin(a/2a)arcsin(0a)=arcsin(12)arcsin(0)=π60=π6\int_{0}^{\frac{a}{2}} \frac{1}{\sqrt{a^2 - x^2}} \, dx = [\arcsin(\frac{x}{a})]_{0}^{\frac{a}{2}} = \arcsin(\frac{a/2}{a}) - \arcsin(\frac{0}{a}) = \arcsin(\frac{1}{2}) - \arcsin(0) = \frac{\pi}{6} - 0 = \frac{\pi}{6}

3. 最終的な答え

(1) 55
(2) 176\frac{17}{6}
(3) π4a\frac{\pi}{4a}
(4) π6\frac{\pi}{6}

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