与えられた9つの定積分をそれぞれ計算します。 (1) $\int_{1}^{4} \frac{1}{\sqrt{x}} dx$ (2) $\int_{0}^{\pi} \cos{t} dt$ (3) $\int_{1}^{e} \frac{1}{u} du$ (4) $\int_{0}^{1} \sqrt[3]{x^2} dx$ (5) $\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \frac{1}{\cos^2{x}} dx$ (6) $\int_{-1}^{0} \frac{1}{e^x} dx$ (7) $\int_{0}^{1} e^{x-1} dx$ (8) $\int_{1}^{2} 2^x dx$ (9) $\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin^2{x} dx$

解析学定積分積分
2025/6/8

1. 問題の内容

与えられた9つの定積分をそれぞれ計算します。
(1) 141xdx\int_{1}^{4} \frac{1}{\sqrt{x}} dx
(2) 0πcostdt\int_{0}^{\pi} \cos{t} dt
(3) 1e1udu\int_{1}^{e} \frac{1}{u} du
(4) 01x23dx\int_{0}^{1} \sqrt[3]{x^2} dx
(5) 0π41cos2xdx\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \frac{1}{\cos^2{x}} dx
(6) 101exdx\int_{-1}^{0} \frac{1}{e^x} dx
(7) 01ex1dx\int_{0}^{1} e^{x-1} dx
(8) 122xdx\int_{1}^{2} 2^x dx
(9) 0π2sin2xdx\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin^2{x} dx

2. 解き方の手順

(1) 141xdx=14x12dx=[2x12]14=2421=42=2\int_{1}^{4} \frac{1}{\sqrt{x}} dx = \int_{1}^{4} x^{-\frac{1}{2}} dx = [2x^{\frac{1}{2}}]_{1}^{4} = 2\sqrt{4} - 2\sqrt{1} = 4-2 = 2
(2) 0πcostdt=[sint]0π=sinπsin0=00=0\int_{0}^{\pi} \cos{t} dt = [\sin{t}]_{0}^{\pi} = \sin{\pi} - \sin{0} = 0 - 0 = 0
(3) 1e1udu=[lnu]1e=lneln1=10=1\int_{1}^{e} \frac{1}{u} du = [\ln{|u|}]_{1}^{e} = \ln{e} - \ln{1} = 1 - 0 = 1
(4) 01x23dx=01x23dx=[35x53]01=35(1)5335(0)53=350=35\int_{0}^{1} \sqrt[3]{x^2} dx = \int_{0}^{1} x^{\frac{2}{3}} dx = [\frac{3}{5}x^{\frac{5}{3}}]_{0}^{1} = \frac{3}{5}(1)^{\frac{5}{3}} - \frac{3}{5}(0)^{\frac{5}{3}} = \frac{3}{5} - 0 = \frac{3}{5}
(5) 0π41cos2xdx=0π4sec2xdx=[tanx]0π4=tanπ4tan0=10=1\int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \frac{1}{\cos^2{x}} dx = \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \sec^2{x} dx = [\tan{x}]_{0}^{\frac{\pi}{4}} = \tan{\frac{\pi}{4}} - \tan{0} = 1 - 0 = 1
(6) 101exdx=10exdx=[ex]10=e0(e(1))=e0+e1=1+e=e1\int_{-1}^{0} \frac{1}{e^x} dx = \int_{-1}^{0} e^{-x} dx = [-e^{-x}]_{-1}^{0} = -e^{-0} - (-e^{-(-1)}) = -e^0 + e^1 = -1 + e = e-1
(7) 01ex1dx=[ex1]01=e11e01=e0e1=11e\int_{0}^{1} e^{x-1} dx = [e^{x-1}]_{0}^{1} = e^{1-1} - e^{0-1} = e^0 - e^{-1} = 1 - \frac{1}{e}
(8) 122xdx=[2xln2]12=22ln221ln2=4ln22ln2=2ln2\int_{1}^{2} 2^x dx = [\frac{2^x}{\ln{2}}]_{1}^{2} = \frac{2^2}{\ln{2}} - \frac{2^1}{\ln{2}} = \frac{4}{\ln{2}} - \frac{2}{\ln{2}} = \frac{2}{\ln{2}}
(9) 0π2sin2xdx\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin^2{x} dx
sin2x=1cos2x2\sin^2{x} = \frac{1-\cos{2x}}{2}
0π2sin2xdx=0π21cos2x2dx=120π2(1cos2x)dx=12[x12sin2x]0π2=12[(π212sinπ)(012sin0)]=12[π200+0]=π4\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sin^2{x} dx = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \frac{1-\cos{2x}}{2} dx = \frac{1}{2} \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} (1-\cos{2x}) dx = \frac{1}{2}[x-\frac{1}{2}\sin{2x}]_{0}^{\frac{\pi}{2}} = \frac{1}{2}[(\frac{\pi}{2} - \frac{1}{2}\sin{\pi}) - (0 - \frac{1}{2}\sin{0})] = \frac{1}{2}[\frac{\pi}{2} - 0 - 0 + 0] = \frac{\pi}{4}

3. 最終的な答え

(1) 2
(2) 0
(3) 1
(4) 3/5
(5) 1
(6) e-1
(7) 1 - 1/e
(8) 2/ln(2)
(9) π/4

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