与えられた9つの積分を計算します。 (1) $\int (x^2 + 1) dx$ (2) $\int \cos x dx$ (3) $\int x e^x dx$ (4) $\int 2\sqrt{x} dx$ (5) $\int \frac{1}{x \log x} dx$ (6) $\int \sqrt{2x-3} dx$ (7) $\int_{-1}^{2} 4x dx$ (8) $\int_{0}^{\pi} \sin x dx$ (9) $\int_{1}^{e} \frac{(\log x)^2}{x} dx$

解析学積分不定積分定積分部分積分置換積分
2025/8/4

1. 問題の内容

与えられた9つの積分を計算します。
(1) (x2+1)dx\int (x^2 + 1) dx
(2) cosxdx\int \cos x dx
(3) xexdx\int x e^x dx
(4) 2xdx\int 2\sqrt{x} dx
(5) 1xlogxdx\int \frac{1}{x \log x} dx
(6) 2x3dx\int \sqrt{2x-3} dx
(7) 124xdx\int_{-1}^{2} 4x dx
(8) 0πsinxdx\int_{0}^{\pi} \sin x dx
(9) 1e(logx)2xdx\int_{1}^{e} \frac{(\log x)^2}{x} dx

2. 解き方の手順

(1) (x2+1)dx=x2dx+1dx=x33+x+C\int (x^2 + 1) dx = \int x^2 dx + \int 1 dx = \frac{x^3}{3} + x + C
(2) cosxdx=sinx+C\int \cos x dx = \sin x + C
(3) xexdx\int x e^x dx (部分積分)
u=x,dv=exdxu = x, dv = e^x dx とすると、du=dx,v=exdu = dx, v = e^x なので、
xexdx=xexexdx=xexex+C\int x e^x dx = x e^x - \int e^x dx = x e^x - e^x + C
(4) 2xdx=2x1/2dx=2x3/23/2+C=43x3/2+C\int 2\sqrt{x} dx = 2 \int x^{1/2} dx = 2 \cdot \frac{x^{3/2}}{3/2} + C = \frac{4}{3} x^{3/2} + C
(5) 1xlogxdx\int \frac{1}{x \log x} dx
u=logxu = \log x とすると、du=1xdxdu = \frac{1}{x} dx なので、
1xlogxdx=1udu=logu+C=loglogx+C\int \frac{1}{x \log x} dx = \int \frac{1}{u} du = \log |u| + C = \log |\log x| + C
(6) 2x3dx\int \sqrt{2x-3} dx
u=2x3u = 2x-3 とすると、du=2dxdu = 2 dx より、dx=12dudx = \frac{1}{2} du なので、
2x3dx=u12du=12u1/2du=12u3/23/2+C=13u3/2+C=13(2x3)3/2+C\int \sqrt{2x-3} dx = \int \sqrt{u} \cdot \frac{1}{2} du = \frac{1}{2} \int u^{1/2} du = \frac{1}{2} \cdot \frac{u^{3/2}}{3/2} + C = \frac{1}{3} u^{3/2} + C = \frac{1}{3} (2x-3)^{3/2} + C
(7) 124xdx=[2x2]12=2(22)2(1)2=2(4)2(1)=82=6\int_{-1}^{2} 4x dx = [2x^2]_{-1}^{2} = 2(2^2) - 2(-1)^2 = 2(4) - 2(1) = 8 - 2 = 6
(8) 0πsinxdx=[cosx]0π=cosπ(cos0)=(1)(1)=1+1=2\int_{0}^{\pi} \sin x dx = [-\cos x]_{0}^{\pi} = -\cos \pi - (-\cos 0) = -(-1) - (-1) = 1 + 1 = 2
(9) 1e(logx)2xdx\int_{1}^{e} \frac{(\log x)^2}{x} dx
u=logxu = \log x とすると、du=1xdxdu = \frac{1}{x} dx
x=1x = 1 のとき u=log1=0u = \log 1 = 0
x=ex = e のとき u=loge=1u = \log e = 1
1e(logx)2xdx=01u2du=[u33]01=133033=13\int_{1}^{e} \frac{(\log x)^2}{x} dx = \int_{0}^{1} u^2 du = [\frac{u^3}{3}]_{0}^{1} = \frac{1^3}{3} - \frac{0^3}{3} = \frac{1}{3}

3. 最終的な答え

(1) x33+x+C\frac{x^3}{3} + x + C
(2) sinx+C\sin x + C
(3) xexex+Cx e^x - e^x + C
(4) 43x3/2+C\frac{4}{3} x^{3/2} + C
(5) loglogx+C\log |\log x| + C
(6) 13(2x3)3/2+C\frac{1}{3} (2x-3)^{3/2} + C
(7) 66
(8) 22
(9) 13\frac{1}{3}

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