## 解答

解析学積分不定積分定積分置換積分部分積分
2025/7/12
## 解答
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1. 問題の内容

与えられた7つの積分(不定積分および定積分)を計算します。
(1) (x2321x3+1x)dx\int (\sqrt[3]{x^2} - 2\frac{1}{\sqrt[3]{x}} + \frac{1}{x}) dx
(2) π4π31cos3xcos2xdx\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{3}} \frac{1-\cos^3x}{\cos^2x} dx
(3) cos2x1+sinxdx\int \frac{\cos^2x}{1+\sin x} dx
(4) 01(ex+ex)2dx\int_{0}^{1} (e^x + e^{-x})^2 dx
(5) 01xex2+1dx\int_{0}^{1} xe^{x^2+1} dx
(6) 3x22x32x+1dx\int \frac{3x^2-2}{x^3-2x+1} dx
(7) 1exlogxdx\int_{1}^{e} \sqrt{x} \log x dx
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2. 解き方の手順

**(1) (x2321x3+1x)dx\int (\sqrt[3]{x^2} - 2\frac{1}{\sqrt[3]{x}} + \frac{1}{x}) dx**
x23=x23\sqrt[3]{x^2} = x^{\frac{2}{3}}1x3=x13\frac{1}{\sqrt[3]{x}} = x^{-\frac{1}{3}}と変形します。
(x232x13+1x)dx=x23dx2x13dx+1xdx\int (x^{\frac{2}{3}} - 2x^{-\frac{1}{3}} + \frac{1}{x}) dx = \int x^{\frac{2}{3}} dx - 2\int x^{-\frac{1}{3}} dx + \int \frac{1}{x} dx
=x53532x2323+logx+C=35x533x23+logx+C= \frac{x^{\frac{5}{3}}}{\frac{5}{3}} - 2\frac{x^{\frac{2}{3}}}{\frac{2}{3}} + \log|x| + C = \frac{3}{5}x^{\frac{5}{3}} - 3x^{\frac{2}{3}} + \log|x| + C
**(2) π4π31cos3xcos2xdx\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{3}} \frac{1-\cos^3x}{\cos^2x} dx**
1cos3xcos2x=1cos2xcos3xcos2x=sec2xcosx\frac{1-\cos^3x}{\cos^2x} = \frac{1}{\cos^2x} - \frac{\cos^3x}{\cos^2x} = \sec^2x - \cos x
π4π3(sec2xcosx)dx=[tanxsinx]π4π3\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{3}} (\sec^2x - \cos x) dx = [\tan x - \sin x]_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{3}}
=(tanπ3sinπ3)(tanπ4sinπ4)=(332)(122)=321+22= (\tan \frac{\pi}{3} - \sin \frac{\pi}{3}) - (\tan \frac{\pi}{4} - \sin \frac{\pi}{4}) = (\sqrt{3} - \frac{\sqrt{3}}{2}) - (1 - \frac{\sqrt{2}}{2}) = \frac{\sqrt{3}}{2} - 1 + \frac{\sqrt{2}}{2}
**(3) cos2x1+sinxdx\int \frac{\cos^2x}{1+\sin x} dx**
cos2x=1sin2x=(1+sinx)(1sinx)\cos^2x = 1 - \sin^2x = (1+\sin x)(1-\sin x)
(1+sinx)(1sinx)1+sinxdx=(1sinx)dx=x+cosx+C\int \frac{(1+\sin x)(1-\sin x)}{1+\sin x} dx = \int (1-\sin x) dx = x + \cos x + C
**(4) 01(ex+ex)2dx\int_{0}^{1} (e^x + e^{-x})^2 dx**
(ex+ex)2=e2x+2+e2x(e^x + e^{-x})^2 = e^{2x} + 2 + e^{-2x}
01(e2x+2+e2x)dx=[12e2x+2x12e2x]01\int_{0}^{1} (e^{2x} + 2 + e^{-2x}) dx = [\frac{1}{2}e^{2x} + 2x - \frac{1}{2}e^{-2x}]_{0}^{1}
=(12e2+212e2)(12+012)=12e2+212e2= (\frac{1}{2}e^2 + 2 - \frac{1}{2}e^{-2}) - (\frac{1}{2} + 0 - \frac{1}{2}) = \frac{1}{2}e^2 + 2 - \frac{1}{2}e^{-2}
**(5) 01xex2+1dx\int_{0}^{1} xe^{x^2+1} dx**
u=x2+1u = x^2+1と置換すると、du=2xdxdu = 2x dxx=0x=0のときu=1u=1x=1x=1のときu=2u=2
01xex2+1dx=1212eudu=12[eu]12=12(e2e)\int_{0}^{1} xe^{x^2+1} dx = \frac{1}{2} \int_{1}^{2} e^u du = \frac{1}{2} [e^u]_{1}^{2} = \frac{1}{2}(e^2 - e)
**(6) 3x22x32x+1dx\int \frac{3x^2-2}{x^3-2x+1} dx**
u=x32x+1u = x^3-2x+1と置換すると、du=(3x22)dxdu = (3x^2-2) dx
3x22x32x+1dx=1udu=logu+C=logx32x+1+C\int \frac{3x^2-2}{x^3-2x+1} dx = \int \frac{1}{u} du = \log|u| + C = \log|x^3-2x+1| + C
**(7) 1exlogxdx\int_{1}^{e} \sqrt{x} \log x dx**
部分積分を用いる。u=logxu = \log xdv=xdxdv = \sqrt{x} dxとすると、du=1xdxdu = \frac{1}{x} dxv=23x32v = \frac{2}{3}x^{\frac{3}{2}}
1exlogxdx=[23x32logx]1e1e23x321xdx\int_{1}^{e} \sqrt{x} \log x dx = [\frac{2}{3}x^{\frac{3}{2}} \log x]_{1}^{e} - \int_{1}^{e} \frac{2}{3}x^{\frac{3}{2}} \frac{1}{x} dx
=(23e32loge23132log1)231ex12dx=23e3223[23x32]1e= (\frac{2}{3}e^{\frac{3}{2}} \log e - \frac{2}{3}1^{\frac{3}{2}} \log 1) - \frac{2}{3}\int_{1}^{e} x^{\frac{1}{2}} dx = \frac{2}{3}e^{\frac{3}{2}} - \frac{2}{3}[\frac{2}{3}x^{\frac{3}{2}}]_{1}^{e}
=23e3249(e321)=23e3249e32+49=29e32+49= \frac{2}{3}e^{\frac{3}{2}} - \frac{4}{9}(e^{\frac{3}{2}} - 1) = \frac{2}{3}e^{\frac{3}{2}} - \frac{4}{9}e^{\frac{3}{2}} + \frac{4}{9} = \frac{2}{9}e^{\frac{3}{2}} + \frac{4}{9}
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3. 最終的な答え

(1) 35x533x23+logx+C\frac{3}{5}x^{\frac{5}{3}} - 3x^{\frac{2}{3}} + \log|x| + C
(2) 321+22\frac{\sqrt{3}}{2} - 1 + \frac{\sqrt{2}}{2}
(3) x+cosx+Cx + \cos x + C
(4) 12e2+212e2\frac{1}{2}e^2 + 2 - \frac{1}{2}e^{-2}
(5) 12(e2e)\frac{1}{2}(e^2 - e)
(6) logx32x+1+C\log|x^3-2x+1| + C
(7) 29e32+49\frac{2}{9}e^{\frac{3}{2}} + \frac{4}{9}

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