与えられた4つの不定積分を計算します。 (1) $\int (\sin x - 5\cos x) dx$ (2) $\int (\tan^2 x - 1) dx$ (3) $\int \frac{\tan^2 x + 2}{\sin^2 x} dx$ (4) $\int \frac{1}{\tan^2 x} dx$

解析学積分不定積分三角関数
2025/7/22

1. 問題の内容

与えられた4つの不定積分を計算します。
(1) (sinx5cosx)dx\int (\sin x - 5\cos x) dx
(2) (tan2x1)dx\int (\tan^2 x - 1) dx
(3) tan2x+2sin2xdx\int \frac{\tan^2 x + 2}{\sin^2 x} dx
(4) 1tan2xdx\int \frac{1}{\tan^2 x} dx

2. 解き方の手順

(1) (sinx5cosx)dx\int (\sin x - 5\cos x) dx
sinx\sin x の積分は cosx-\cos x で、cosx\cos x の積分は sinx\sin x です。
(sinx5cosx)dx=sinxdx5cosxdx=cosx5sinx+C\int (\sin x - 5\cos x) dx = \int \sin x dx - 5\int \cos x dx = -\cos x - 5\sin x + C
(2) (tan2x1)dx\int (\tan^2 x - 1) dx
三角関数の公式 tan2x+1=1cos2x\tan^2 x + 1 = \frac{1}{\cos^2 x} を利用すると、tan2x1=1cos2x2\tan^2 x - 1 = \frac{1}{\cos^2 x} - 2 となります。
(tan2x1)dx=(1cos2x2)dx=1cos2xdx2dx=tanx2x+C\int (\tan^2 x - 1) dx = \int (\frac{1}{\cos^2 x} - 2) dx = \int \frac{1}{\cos^2 x} dx - 2 \int dx = \tan x - 2x + C
(3) tan2x+2sin2xdx\int \frac{\tan^2 x + 2}{\sin^2 x} dx
tanx=sinxcosx\tan x = \frac{\sin x}{\cos x} なので、tan2x+2sin2x=sin2xcos2x+2sin2x=sin2x+2cos2xsin2xcos2x=sin2x+cos2x+cos2xsin2xcos2x=1+cos2xsin2xcos2x=1sin2xcos2x+1sin2x=sin2x+cos2xsin2xcos2x+1sin2x=1cos2x+1sin2x+1sin2x=1cos2x+2sin2x\frac{\tan^2 x + 2}{\sin^2 x} = \frac{\frac{\sin^2 x}{\cos^2 x} + 2}{\sin^2 x} = \frac{\sin^2 x + 2\cos^2 x}{\sin^2 x \cos^2 x} = \frac{\sin^2 x + \cos^2 x + \cos^2 x}{\sin^2 x \cos^2 x} = \frac{1 + \cos^2 x}{\sin^2 x \cos^2 x} = \frac{1}{\sin^2 x \cos^2 x} + \frac{1}{\sin^2 x} = \frac{\sin^2 x + \cos^2 x}{\sin^2 x \cos^2 x} + \frac{1}{\sin^2 x} = \frac{1}{\cos^2 x} + \frac{1}{\sin^2 x} + \frac{1}{\sin^2 x} = \frac{1}{\cos^2 x} + \frac{2}{\sin^2 x}
tan2x+2sin2xdx=(1cos2x+2sin2x)dx=1cos2xdx+21sin2xdx=tanx2cotx+C\int \frac{\tan^2 x + 2}{\sin^2 x} dx = \int (\frac{1}{\cos^2 x} + \frac{2}{\sin^2 x}) dx = \int \frac{1}{\cos^2 x} dx + 2\int \frac{1}{\sin^2 x} dx = \tan x - 2\cot x + C
(4) 1tan2xdx\int \frac{1}{\tan^2 x} dx
1tan2x=cot2x=cos2xsin2x=1sin2xsin2x=1sin2x1\frac{1}{\tan^2 x} = \cot^2 x = \frac{\cos^2 x}{\sin^2 x} = \frac{1-\sin^2 x}{\sin^2 x} = \frac{1}{\sin^2 x} - 1
1tan2xdx=(1sin2x1)dx=1sin2xdxdx=cotxx+C\int \frac{1}{\tan^2 x} dx = \int (\frac{1}{\sin^2 x} - 1) dx = \int \frac{1}{\sin^2 x} dx - \int dx = -\cot x - x + C

3. 最終的な答え

(1) cosx5sinx+C-\cos x - 5\sin x + C
(2) tanx2x+C\tan x - 2x + C
(3) tanx2cotx+C\tan x - 2\cot x + C
(4) cotxx+C-\cot x - x + C

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