定積分 $\int_{\frac{1}{\sqrt{3}}}^{1} \frac{1}{x^2 + 1} dx$ を計算し、その結果から $\frac{46}{47 \cdot 48} \pi$ を引いた値を求める問題です。

解析学定積分arctan積分
2025/4/7

1. 問題の内容

定積分 1311x2+1dx\int_{\frac{1}{\sqrt{3}}}^{1} \frac{1}{x^2 + 1} dx を計算し、その結果から 464748π\frac{46}{47 \cdot 48} \pi を引いた値を求める問題です。

2. 解き方の手順

まず、定積分 1311x2+1dx\int_{\frac{1}{\sqrt{3}}}^{1} \frac{1}{x^2 + 1} dx を計算します。1x2+1\frac{1}{x^2 + 1} の原始関数は arctan(x)\arctan(x) であることを利用します。
1311x2+1dx=[arctan(x)]131\int_{\frac{1}{\sqrt{3}}}^{1} \frac{1}{x^2 + 1} dx = [\arctan(x)]_{\frac{1}{\sqrt{3}}}^{1}
次に、積分範囲の端点の値を代入します。
arctan(1)=π4\arctan(1) = \frac{\pi}{4}
arctan(13)=π6\arctan(\frac{1}{\sqrt{3}}) = \frac{\pi}{6}
したがって、
1311x2+1dx=π4π6\int_{\frac{1}{\sqrt{3}}}^{1} \frac{1}{x^2 + 1} dx = \frac{\pi}{4} - \frac{\pi}{6}
π4π6=3π2π12=π12\frac{\pi}{4} - \frac{\pi}{6} = \frac{3\pi - 2\pi}{12} = \frac{\pi}{12}
最後に、与えられた式を計算します。
π12464748π\frac{\pi}{12} - \frac{46}{47 \cdot 48} \pi
この式を評価する必要があると思われますが、画像からは46, 47, 48の箇所が空欄になっているため、指示された形式に従い π12464748π\frac{\pi}{12} - \frac{46}{47 \cdot 48} \pi の形までの回答とします。

3. 最終的な答え

π12464748π\frac{\pi}{12} - \frac{46}{47 \cdot 48} \pi

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