5つの積分問題を解きます。 (1) $\int (4-5 \tan x) \cos x dx$ (2) $\int \frac{dx}{\sqrt[3]{(1-3x)^2}}$ (3) $\int x^3 \sqrt{4-x^2} dx$ (4) $\int e^{-x} \sin(x+\frac{\pi}{4}) dx$ (5) $\int (3x-4)^2 dx$

解析学積分定積分置換積分三角関数部分積分
2025/7/9

1. 問題の内容

5つの積分問題を解きます。
(1) (45tanx)cosxdx\int (4-5 \tan x) \cos x dx
(2) dx(13x)23\int \frac{dx}{\sqrt[3]{(1-3x)^2}}
(3) x34x2dx\int x^3 \sqrt{4-x^2} dx
(4) exsin(x+π4)dx\int e^{-x} \sin(x+\frac{\pi}{4}) dx
(5) (3x4)2dx\int (3x-4)^2 dx

2. 解き方の手順

(1) (45tanx)cosxdx\int (4-5 \tan x) \cos x dx
=(4cosx5sinxcosxcosx)dx=\int (4\cos x - 5 \frac{\sin x}{\cos x} \cos x) dx
=(4cosx5sinx)dx=\int (4\cos x - 5 \sin x) dx
=4cosxdx5sinxdx=4\int \cos x dx - 5\int \sin x dx
=4sinx5(cosx)+C=4\sin x - 5(-\cos x) + C
=4sinx+5cosx+C=4\sin x + 5\cos x + C
(2) dx(13x)23\int \frac{dx}{\sqrt[3]{(1-3x)^2}}
=(13x)2/3dx=\int (1-3x)^{-2/3} dx
u=13xu = 1-3x と置換すると、 du=3dxdu = -3dx, dx=13dudx = -\frac{1}{3}du
(13x)2/3dx=u2/3(13)du=13u2/3du\int (1-3x)^{-2/3} dx = \int u^{-2/3} (-\frac{1}{3}) du = -\frac{1}{3} \int u^{-2/3} du
=13u1/31/3+C=u1/3+C=(13x)1/3+C=-\frac{1}{3} \frac{u^{1/3}}{1/3} + C = -u^{1/3} + C = -(1-3x)^{1/3} + C
=13x3+C=-\sqrt[3]{1-3x} + C
(3) x34x2dx\int x^3 \sqrt{4-x^2} dx
u=4x2u = 4-x^2 と置換すると、 du=2xdxdu = -2x dx, x2=4ux^2 = 4-u, xdx=12dux dx = -\frac{1}{2} du
x34x2dx=x24x2xdx=(4u)u(12)du=12(4u)u1/2du\int x^3 \sqrt{4-x^2} dx = \int x^2 \sqrt{4-x^2} x dx = \int (4-u) \sqrt{u} (-\frac{1}{2}) du = -\frac{1}{2} \int (4-u) u^{1/2} du
=12(4u1/2u3/2)du=12(4u3/23/2u5/25/2)+C=12(83u3/225u5/2)+C=-\frac{1}{2} \int (4u^{1/2} - u^{3/2}) du = -\frac{1}{2} (4 \frac{u^{3/2}}{3/2} - \frac{u^{5/2}}{5/2}) + C = -\frac{1}{2} (\frac{8}{3} u^{3/2} - \frac{2}{5} u^{5/2}) + C
=43u3/2+15u5/2+C=43(4x2)3/2+15(4x2)5/2+C=-\frac{4}{3} u^{3/2} + \frac{1}{5} u^{5/2} + C = -\frac{4}{3} (4-x^2)^{3/2} + \frac{1}{5} (4-x^2)^{5/2} + C
=(4x2)3/2(43+15(4x2))+C=(4x2)3/2(2015+1215x25)+C= (4-x^2)^{3/2} (-\frac{4}{3} + \frac{1}{5} (4-x^2)) + C = (4-x^2)^{3/2} (-\frac{20}{15} + \frac{12}{15} - \frac{x^2}{5}) + C
=(4x2)3/2(815x25)+C=115(4x2)3/2(8+3x2)+C= (4-x^2)^{3/2} (-\frac{8}{15} - \frac{x^2}{5}) + C = -\frac{1}{15} (4-x^2)^{3/2} (8 + 3x^2) + C
(4) exsin(x+π4)dx\int e^{-x} \sin(x+\frac{\pi}{4}) dx
sin(x+π4)=sinxcosπ4+cosxsinπ4=22(sinx+cosx)\sin(x+\frac{\pi}{4}) = \sin x \cos \frac{\pi}{4} + \cos x \sin \frac{\pi}{4} = \frac{\sqrt{2}}{2} (\sin x + \cos x)
exsin(x+π4)dx=22ex(sinx+cosx)dx=22(exsinxdx+excosxdx)\int e^{-x} \sin(x+\frac{\pi}{4}) dx = \frac{\sqrt{2}}{2} \int e^{-x} (\sin x + \cos x) dx = \frac{\sqrt{2}}{2} (\int e^{-x} \sin x dx + \int e^{-x} \cos x dx)
I=exsinxdxI = \int e^{-x} \sin x dx , J=excosxdxJ = \int e^{-x} \cos x dx
I=exsinx+excosxdx=exsinx+JI = -e^{-x} \sin x + \int e^{-x} \cos x dx = -e^{-x} \sin x + J
J=excosxexsinxdx=excosxIJ = -e^{-x} \cos x - \int e^{-x} \sin x dx = -e^{-x} \cos x - I
I=exsinxexcosxII = -e^{-x} \sin x - e^{-x} \cos x - I
2I=ex(sinx+cosx)2I = -e^{-x} (\sin x + \cos x)
I=12ex(sinx+cosx)I = -\frac{1}{2} e^{-x} (\sin x + \cos x)
J=excosx(12ex(sinx+cosx))=excosx+12ex(sinx+cosx)=12ex(sinxcosx)J = -e^{-x} \cos x - (-\frac{1}{2} e^{-x} (\sin x + \cos x)) = -e^{-x} \cos x + \frac{1}{2} e^{-x} (\sin x + \cos x) = \frac{1}{2} e^{-x} (\sin x - \cos x)
exsin(x+π4)dx=22(12ex(sinx+cosx)+12ex(sinxcosx))+C\int e^{-x} \sin(x+\frac{\pi}{4}) dx = \frac{\sqrt{2}}{2} (-\frac{1}{2} e^{-x} (\sin x + \cos x) + \frac{1}{2} e^{-x} (\sin x - \cos x)) + C
=2212ex(2cosx)+C=22excosx+C= \frac{\sqrt{2}}{2} \frac{1}{2} e^{-x} (-2 \cos x) + C = -\frac{\sqrt{2}}{2} e^{-x} \cos x + C
(5) (3x4)2dx\int (3x-4)^2 dx
=(9x224x+16)dx=9x2dx24xdx+16dx=\int (9x^2 - 24x + 16) dx = 9\int x^2 dx - 24 \int x dx + 16 \int dx
=9x3324x22+16x+C=3x312x2+16x+C=9 \frac{x^3}{3} - 24 \frac{x^2}{2} + 16x + C = 3x^3 - 12x^2 + 16x + C

3. 最終的な答え

(1) 4sinx+5cosx+C4\sin x + 5\cos x + C
(2) 13x3+C-\sqrt[3]{1-3x} + C
(3) 115(4x2)3/2(8+3x2)+C-\frac{1}{15} (4-x^2)^{3/2} (8 + 3x^2) + C
(4) 22excosx+C-\frac{\sqrt{2}}{2} e^{-x} \cos x + C
(5) 3x312x2+16x+C3x^3 - 12x^2 + 16x + C

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