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

解析学定積分積分計算対数関数部分分数分解
2025/7/16

1. 問題の内容

与えられた6つの定積分を計算します。
(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(ln2+4ln2+4)=3(ln6ln2)=3ln62=3ln3\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|2+4| - \ln|-2+4|) = 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(ln3ln6)=13ln36=13ln12=13ln2\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=123x2dx+125xdx122x3dx=[x3]12+[5lnx]12[1x2]12=(2313)+(5ln25ln1)(122(112))=(81)+(5ln20)(14+1)=7+5ln234=254+5ln2\int_{1}^{2} (3x^2 + \frac{5}{x} - \frac{2}{x^3}) dx = \int_{1}^{2} 3x^2 dx + \int_{1}^{2} \frac{5}{x} dx - \int_{1}^{2} \frac{2}{x^3} dx = [x^3]_{1}^{2} + [5\ln|x|]_{1}^{2} - [-\frac{1}{x^2}]_{1}^{2} = (2^3 - 1^3) + (5\ln 2 - 5\ln 1) - (-\frac{1}{2^2} - (-\frac{1}{1^2})) = (8-1) + (5\ln 2 - 0) - (-\frac{1}{4} + 1) = 7 + 5\ln 2 - \frac{3}{4} = \frac{25}{4} + 5\ln 2
(4)
13x3x+2x2dx=13(x1x+2x2)dx=[12x2lnx2x]13=(12(32)ln323)(12(12)ln121)=(92ln323)(1202)=92ln32312+2=82ln323+2=4ln323+2=623ln3=163ln3\int_{1}^{3} \frac{x^3-x+2}{x^2} dx = \int_{1}^{3} (x - \frac{1}{x} + \frac{2}{x^2}) dx = [\frac{1}{2}x^2 - \ln|x| - \frac{2}{x}]_{1}^{3} = (\frac{1}{2}(3^2) - \ln 3 - \frac{2}{3}) - (\frac{1}{2}(1^2) - \ln 1 - \frac{2}{1}) = (\frac{9}{2} - \ln 3 - \frac{2}{3}) - (\frac{1}{2} - 0 - 2) = \frac{9}{2} - \ln 3 - \frac{2}{3} - \frac{1}{2} + 2 = \frac{8}{2} - \ln 3 - \frac{2}{3} + 2 = 4 - \ln 3 - \frac{2}{3} + 2 = 6 - \frac{2}{3} - \ln 3 = \frac{16}{3} - \ln 3
(5)
32x+2x2+xdx=32x+2x(x+1)dx=32(Ax+Bx+1)dx\int_{-3}^{-2} \frac{x+2}{x^2+x} dx = \int_{-3}^{-2} \frac{x+2}{x(x+1)} dx = \int_{-3}^{-2} (\frac{A}{x} + \frac{B}{x+1}) dx
x+2=A(x+1)+Bxx+2 = A(x+1) + Bx
x=0:2=A(1)+0    A=2x = 0: 2 = A(1) + 0 \implies A = 2
x=1:1=0+B(1)    B=1x = -1: 1 = 0 + B(-1) \implies B = -1
32(2x1x+1)dx=[2lnxlnx+1]32=(2ln2ln2+1)(2ln3ln3+1)=(2ln2ln1)(2ln3ln2)=2ln202ln3+ln2=3ln22ln3=ln23ln32=ln8ln9=ln89\int_{-3}^{-2} (\frac{2}{x} - \frac{1}{x+1}) dx = [2\ln|x| - \ln|x+1|]_{-3}^{-2} = (2\ln|-2| - \ln|-2+1|) - (2\ln|-3| - \ln|-3+1|) = (2\ln 2 - \ln 1) - (2\ln 3 - \ln 2) = 2\ln 2 - 0 - 2\ln 3 + \ln 2 = 3\ln 2 - 2\ln 3 = \ln 2^3 - \ln 3^2 = \ln 8 - \ln 9 = \ln \frac{8}{9}
(6)
10x+8x2+x2dx=10x+8(x+2)(x1)dx=10(Ax+2+Bx1)dx\int_{-1}^{0} \frac{x+8}{x^2+x-2} dx = \int_{-1}^{0} \frac{x+8}{(x+2)(x-1)} dx = \int_{-1}^{0} (\frac{A}{x+2} + \frac{B}{x-1}) dx
x+8=A(x1)+B(x+2)x+8 = A(x-1) + B(x+2)
x=1:9=A(0)+B(3)    B=3x = 1: 9 = A(0) + B(3) \implies B = 3
x=2:6=A(3)+B(0)    A=2x = -2: 6 = A(-3) + B(0) \implies A = -2
10(2x+2+3x1)dx=[2lnx+2+3lnx1]10=(2ln0+2+3ln01)(2ln1+2+3ln11)=(2ln2+3ln1)(2ln1+3ln2)=2ln2+003ln2=5ln2\int_{-1}^{0} (\frac{-2}{x+2} + \frac{3}{x-1}) dx = [-2\ln|x+2| + 3\ln|x-1|]_{-1}^{0} = (-2\ln|0+2| + 3\ln|0-1|) - (-2\ln|-1+2| + 3\ln|-1-1|) = (-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) 3ln33\ln 3
(2) 13ln2-\frac{1}{3}\ln 2
(3) 254+5ln2\frac{25}{4} + 5\ln 2
(4) 163ln3\frac{16}{3} - \ln 3
(5) ln89\ln \frac{8}{9}
(6) 5ln2-5\ln 2

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