はい、承知いたしました。画像にある不定積分の問題を解きます。

解析学不定積分積分三角関数双曲線関数
2025/7/20
はい、承知いたしました。画像にある不定積分の問題を解きます。
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1. 問題の内容**

次の10個の不定積分を求めます。
(1) 1xx3dx\int \frac{1-x}{x^3} dx
(2) (1+x)2xdx\int \frac{(1+\sqrt{x})^2}{x} dx
(3) (x+x3)dx\int (\sqrt{x} + \sqrt[3]{x}) dx
(4) x+1x2+4dx\int \frac{x+1}{x^2+4} dx
(5) (sinx+cosx)2dx\int (\sin x + \cos x)^2 dx
(6) sin5xcos3xdx\int \sin 5x \cos 3x dx
(7) tan2xdx\int \tan^2 x dx
(8) sinhxdx\int \sinh x dx
(9) coshxdx\int \cosh x dx
(10) tanhxdx\int \tanh x dx
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2. 解き方の手順**

(1) 1xx3dx\int \frac{1-x}{x^3} dx
1xx3=1x3xx3=x3x2\frac{1-x}{x^3} = \frac{1}{x^3} - \frac{x}{x^3} = x^{-3} - x^{-2}
(x3x2)dx=x22x11+C=12x2+1x+C\int (x^{-3} - x^{-2}) dx = \frac{x^{-2}}{-2} - \frac{x^{-1}}{-1} + C = -\frac{1}{2x^2} + \frac{1}{x} + C
(2) (1+x)2xdx\int \frac{(1+\sqrt{x})^2}{x} dx
(1+x)2=1+2x+x(1+\sqrt{x})^2 = 1 + 2\sqrt{x} + x
(1+x)2x=1x+2xx+xx=1x+2x+1\frac{(1+\sqrt{x})^2}{x} = \frac{1}{x} + \frac{2\sqrt{x}}{x} + \frac{x}{x} = \frac{1}{x} + \frac{2}{\sqrt{x}} + 1
(1x+2x+1)dx=(1x+2x1/2+1)dx=lnx+2x1/21/2+x+C=lnx+4x+x+C\int (\frac{1}{x} + \frac{2}{\sqrt{x}} + 1) dx = \int (\frac{1}{x} + 2x^{-1/2} + 1) dx = \ln|x| + 2 \cdot \frac{x^{1/2}}{1/2} + x + C = \ln|x| + 4\sqrt{x} + x + C
(3) (x+x3)dx\int (\sqrt{x} + \sqrt[3]{x}) dx
(x+x3)dx=(x1/2+x1/3)dx=x3/23/2+x4/34/3+C=23x3/2+34x4/3+C\int (\sqrt{x} + \sqrt[3]{x}) dx = \int (x^{1/2} + x^{1/3}) dx = \frac{x^{3/2}}{3/2} + \frac{x^{4/3}}{4/3} + C = \frac{2}{3}x^{3/2} + \frac{3}{4}x^{4/3} + C
(4) x+1x2+4dx\int \frac{x+1}{x^2+4} dx
x+1x2+4dx=xx2+4dx+1x2+4dx\int \frac{x+1}{x^2+4} dx = \int \frac{x}{x^2+4} dx + \int \frac{1}{x^2+4} dx
xx2+4dx=122xx2+4dx=12ln(x2+4)\int \frac{x}{x^2+4} dx = \frac{1}{2} \int \frac{2x}{x^2+4} dx = \frac{1}{2} \ln(x^2+4)
1x2+4dx=14(x24+1)dx=141(x2)2+1dx\int \frac{1}{x^2+4} dx = \int \frac{1}{4(\frac{x^2}{4}+1)} dx = \frac{1}{4} \int \frac{1}{(\frac{x}{2})^2+1} dx
u=x2,du=12dxdx=2duu = \frac{x}{2}, du = \frac{1}{2} dx \Rightarrow dx = 2 du
141u2+12du=12arctan(u)=12arctan(x2)\frac{1}{4} \int \frac{1}{u^2+1} 2 du = \frac{1}{2} \arctan(u) = \frac{1}{2} \arctan(\frac{x}{2})
x+1x2+4dx=12ln(x2+4)+12arctan(x2)+C\int \frac{x+1}{x^2+4} dx = \frac{1}{2} \ln(x^2+4) + \frac{1}{2} \arctan(\frac{x}{2}) + C
(5) (sinx+cosx)2dx\int (\sin x + \cos x)^2 dx
(sinx+cosx)2=sin2x+2sinxcosx+cos2x=1+2sinxcosx=1+sin2x(\sin x + \cos x)^2 = \sin^2 x + 2 \sin x \cos x + \cos^2 x = 1 + 2 \sin x \cos x = 1 + \sin 2x
(1+sin2x)dx=x12cos2x+C\int (1 + \sin 2x) dx = x - \frac{1}{2} \cos 2x + C
(6) sin5xcos3xdx\int \sin 5x \cos 3x dx
sinAcosB=12[sin(A+B)+sin(AB)]\sin A \cos B = \frac{1}{2}[\sin(A+B) + \sin(A-B)]
sin5xcos3x=12[sin(8x)+sin(2x)]\sin 5x \cos 3x = \frac{1}{2}[\sin(8x) + \sin(2x)]
sin5xcos3xdx=12(sin8x+sin2x)dx=12(18cos8x12cos2x)+C=116cos8x14cos2x+C\int \sin 5x \cos 3x dx = \frac{1}{2} \int (\sin 8x + \sin 2x) dx = \frac{1}{2} (-\frac{1}{8} \cos 8x - \frac{1}{2} \cos 2x) + C = -\frac{1}{16} \cos 8x - \frac{1}{4} \cos 2x + C
(7) tan2xdx\int \tan^2 x dx
tan2x=sec2x1\tan^2 x = \sec^2 x - 1
tan2xdx=(sec2x1)dx=tanxx+C\int \tan^2 x dx = \int (\sec^2 x - 1) dx = \tan x - x + C
(8) sinhxdx=coshx+C\int \sinh x dx = \cosh x + C
(9) coshxdx=sinhx+C\int \cosh x dx = \sinh x + C
(10) tanhxdx\int \tanh x dx
tanhx=sinhxcoshx\tanh x = \frac{\sinh x}{\cosh x}
tanhxdx=sinhxcoshxdx\int \tanh x dx = \int \frac{\sinh x}{\cosh x} dx
u=coshx,du=sinhxdxu = \cosh x, du = \sinh x dx
1udu=lnu+C=lncoshx+C\int \frac{1}{u} du = \ln|u| + C = \ln|\cosh x| + C
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3. 最終的な答え**

(1) 12x2+1x+C-\frac{1}{2x^2} + \frac{1}{x} + C
(2) lnx+4x+x+C\ln|x| + 4\sqrt{x} + x + C
(3) 23x3/2+34x4/3+C\frac{2}{3}x^{3/2} + \frac{3}{4}x^{4/3} + C
(4) 12ln(x2+4)+12arctan(x2)+C\frac{1}{2} \ln(x^2+4) + \frac{1}{2} \arctan(\frac{x}{2}) + C
(5) x12cos2x+Cx - \frac{1}{2} \cos 2x + C
(6) 116cos8x14cos2x+C-\frac{1}{16} \cos 8x - \frac{1}{4} \cos 2x + C
(7) tanxx+C\tan x - x + C
(8) coshx+C\cosh x + C
(9) sinhx+C\sinh x + C
(10) lncoshx+C\ln|\cosh x| + C

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