与えられた4つの積分を計算します。 (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) $\int \frac{1}{\tan^2 x} dx$

解析学積分三角関数
2025/6/8

1. 問題の内容

与えられた4つの積分を計算します。
(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=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=tan2xdx1dx\int (\tan^2 x - 1) dx = \int \tan^2 x dx - \int 1 dx
tan2x=sec2x1\tan^2 x = \sec^2 x - 1であるから、
(tan2x1)dx=(sec2x11)dx=(sec2x2)dx=tanx2x+C\int (\tan^2 x - 1) dx = \int (\sec^2 x - 1 - 1) dx = \int (\sec^2 x - 2) dx = \tan x - 2x + C
(3)
tan2x+2sin2xdx=sin2xcos2x+2sin2xdx=sin2x+2cos2xsin2xcos2xdx=sin2x+cos2x+cos2xsin2xcos2xdx=1+cos2xsin2xcos2xdx=1sin2xcos2x+cos2xsin2xcos2xdx=1sin2xcos2x+1sin2xdx=sin2x+cos2xsin2xcos2x+1sin2xdx=1cos2x+1sin2x+1sin2xdx=sec2x+2csc2xdx=tanx2cotx+C\int \frac{\tan^2 x + 2}{\sin^2 x} dx = \int \frac{\frac{\sin^2 x}{\cos^2 x} + 2}{\sin^2 x} dx = \int \frac{\sin^2 x + 2\cos^2 x}{\sin^2 x \cos^2 x} dx = \int \frac{\sin^2 x + \cos^2 x + \cos^2 x}{\sin^2 x \cos^2 x} dx = \int \frac{1 + \cos^2 x}{\sin^2 x \cos^2 x} dx = \int \frac{1}{\sin^2 x \cos^2 x} + \frac{\cos^2 x}{\sin^2 x \cos^2 x} dx = \int \frac{1}{\sin^2 x \cos^2 x} + \frac{1}{\sin^2 x} dx = \int \frac{\sin^2 x + \cos^2 x}{\sin^2 x \cos^2 x} + \frac{1}{\sin^2 x} dx = \int \frac{1}{\cos^2 x} + \frac{1}{\sin^2 x} + \frac{1}{\sin^2 x} dx = \int \sec^2 x + 2 \csc^2 x dx = \tan x - 2 \cot x + C
(4)
1tan2xdx=cot2xdx=(csc2x1)dx=csc2xdx1dx=cotxx+C\int \frac{1}{\tan^2 x} dx = \int \cot^2 x dx = \int (\csc^2 x - 1) dx = \int \csc^2 x dx - \int 1 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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