定積分 $\int_{0}^{\pi/2} \cos^6 x \, dx$ の値を求める問題です。

解析学定積分ウォリスの公式二重階乗三角関数
2025/6/13

1. 問題の内容

定積分 0π/2cos6xdx\int_{0}^{\pi/2} \cos^6 x \, dx の値を求める問題です。

2. 解き方の手順

この積分は、ウォリスの公式を用いて計算できます。ウォリスの公式は、以下の通りです。
$\int_{0}^{\pi/2} \cos^n x \, dx = \int_{0}^{\pi/2} \sin^n x \, dx = \begin{cases}
\frac{(n-1)!!}{n!!} \cdot \frac{\pi}{2} & \text{if } n \text{ is even} \\
\frac{(n-1)!!}{n!!} & \text{if } n \text{ is odd}
\end{cases}$
ここで、n!!n!! は二重階乗を表します。
二重階乗は、nn から2ずつ引いていき、1または2まで掛け合わせたものです。
例えば、6!!=642=486!! = 6 \cdot 4 \cdot 2 = 485!!=531=155!! = 5 \cdot 3 \cdot 1 = 15 です。
この問題では、n=6n=6 なので、ウォリスの公式の偶数の場合を適用します。
0π/2cos6xdx=5!!6!!π2=531642π2=1548π2=516π2=5π32\int_{0}^{\pi/2} \cos^6 x \, dx = \frac{5!!}{6!!} \cdot \frac{\pi}{2} = \frac{5 \cdot 3 \cdot 1}{6 \cdot 4 \cdot 2} \cdot \frac{\pi}{2} = \frac{15}{48} \cdot \frac{\pi}{2} = \frac{5}{16} \cdot \frac{\pi}{2} = \frac{5\pi}{32}

3. 最終的な答え

5π32\frac{5\pi}{32}

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