与えられた10個の不定積分を計算します。 (1) $\int \frac{1-x}{x^3} dx$ (2) $\int \frac{(1+\sqrt{x})^2}{x} dx$ (3) $\int (\sqrt{x} + \sqrt[3]{x}) dx$ (4) $\int \frac{x+1}{x^2+4} dx$ (5) $\int (\sin x + \cos x)^2 dx$ (6) $\int \sin 5x \cos 3x dx$ (7) $\int \tan^2 x dx$ (8) $\int \sinh x dx$ (9) $\int \cosh x dx$ (10) $\int \tanh x dx$

解析学積分不定積分置換積分三角関数双曲線関数
2025/6/16
はい、承知いたしました。積分問題ですね。今回は、(1)から(10)の問題すべて解いてみます。

1. 問題の内容

与えられた10個の不定積分を計算します。
(1) 1xx3dx\int \frac{1-x}{x^3} dx
(2) (1+x)2xdx\int \frac{(1+\sqrt{x})^2}{x} dx
(3) (x+x3)dx\int (\sqrt{x} + \sqrt[3]{x}) dx
(4) x+1x2+4dx\int \frac{x+1}{x^2+4} dx
(5) (sinx+cosx)2dx\int (\sin x + \cos x)^2 dx
(6) sin5xcos3xdx\int \sin 5x \cos 3x dx
(7) tan2xdx\int \tan^2 x dx
(8) sinhxdx\int \sinh x dx
(9) coshxdx\int \cosh x dx
(10) tanhxdx\int \tanh x dx

2. 解き方の手順

(1) 1xx3dx=(1x3xx3)dx=(x3x2)dx\int \frac{1-x}{x^3} dx = \int (\frac{1}{x^3} - \frac{x}{x^3}) dx = \int (x^{-3} - x^{-2}) dx
=x22x11+C=12x2+1x+C= \frac{x^{-2}}{-2} - \frac{x^{-1}}{-1} + C = -\frac{1}{2x^2} + \frac{1}{x} + C
(2) (1+x)2xdx=1+2x+xxdx=(1x+2x+1)dx\int \frac{(1+\sqrt{x})^2}{x} dx = \int \frac{1 + 2\sqrt{x} + x}{x} dx = \int (\frac{1}{x} + \frac{2}{\sqrt{x}} + 1) dx
=(1x+2x1/2+1)dx=lnx+2x1/21/2+x+C=lnx+4x+x+C= \int (\frac{1}{x} + 2x^{-1/2} + 1) dx = \ln|x| + 2\frac{x^{1/2}}{1/2} + x + C = \ln|x| + 4\sqrt{x} + x + C
(3) (x+x3)dx=(x1/2+x1/3)dx=x3/23/2+x4/34/3+C=23x3/2+34x4/3+C\int (\sqrt{x} + \sqrt[3]{x}) dx = \int (x^{1/2} + x^{1/3}) dx = \frac{x^{3/2}}{3/2} + \frac{x^{4/3}}{4/3} + C = \frac{2}{3}x^{3/2} + \frac{3}{4}x^{4/3} + C
(4) x+1x2+4dx=xx2+4dx+1x2+4dx\int \frac{x+1}{x^2+4} dx = \int \frac{x}{x^2+4} dx + \int \frac{1}{x^2+4} dx
xx2+4dx=122xx2+4dx=12ln(x2+4)+C1\int \frac{x}{x^2+4} dx = \frac{1}{2}\int \frac{2x}{x^2+4} dx = \frac{1}{2}\ln(x^2+4) + C_1
1x2+4dx=14(x24+1)dx=141(x2)2+1dx\int \frac{1}{x^2+4} dx = \int \frac{1}{4(\frac{x^2}{4}+1)} dx = \frac{1}{4} \int \frac{1}{(\frac{x}{2})^2+1} dx
u=x2u = \frac{x}{2}と置換すると、du=12dxdu = \frac{1}{2}dxよりdx=2dudx = 2du
141u2+12du=12arctan(u)=12arctan(x2)+C2\frac{1}{4} \int \frac{1}{u^2+1} 2du = \frac{1}{2}\arctan(u) = \frac{1}{2}\arctan(\frac{x}{2}) + C_2
よって、x+1x2+4dx=12ln(x2+4)+12arctan(x2)+C\int \frac{x+1}{x^2+4} dx = \frac{1}{2}\ln(x^2+4) + \frac{1}{2}\arctan(\frac{x}{2}) + C
(5) (sinx+cosx)2dx=(sin2x+2sinxcosx+cos2x)dx=(1+2sinxcosx)dx\int (\sin x + \cos x)^2 dx = \int (\sin^2 x + 2\sin x \cos x + \cos^2 x) dx = \int (1 + 2\sin x \cos x) dx
=(1+sin2x)dx=x12cos2x+C= \int (1 + \sin 2x) dx = x - \frac{1}{2}\cos 2x + C
(6) sin5xcos3xdx=12[sin(5x+3x)+sin(5x3x)]dx=12(sin8x+sin2x)dx\int \sin 5x \cos 3x dx = \frac{1}{2}\int [\sin(5x+3x) + \sin(5x-3x)] dx = \frac{1}{2}\int (\sin 8x + \sin 2x) dx
=12[18cos8x12cos2x]+C=116cos8x14cos2x+C= \frac{1}{2} [-\frac{1}{8}\cos 8x - \frac{1}{2}\cos 2x] + C = -\frac{1}{16}\cos 8x - \frac{1}{4}\cos 2x + C
(7) tan2xdx=(sec2x1)dx=tanxx+C\int \tan^2 x dx = \int (\sec^2 x - 1) dx = \tan x - x + C
(8) sinhxdx=coshx+C\int \sinh x dx = \cosh x + C
(9) coshxdx=sinhx+C\int \cosh x dx = \sinh x + C
(10) tanhxdx=sinhxcoshxdx\int \tanh x dx = \int \frac{\sinh x}{\cosh x} dx
u=coshxu = \cosh xと置換すると、du=sinhxdxdu = \sinh x dx
1udu=lnu+C=lncoshx+C\int \frac{1}{u} du = \ln|u| + C = \ln|\cosh x| + C

3. 最終的な答え

(1) 12x2+1x+C-\frac{1}{2x^2} + \frac{1}{x} + C
(2) lnx+4x+x+C\ln|x| + 4\sqrt{x} + x + C
(3) 23x3/2+34x4/3+C\frac{2}{3}x^{3/2} + \frac{3}{4}x^{4/3} + C
(4) 12ln(x2+4)+12arctan(x2)+C\frac{1}{2}\ln(x^2+4) + \frac{1}{2}\arctan(\frac{x}{2}) + C
(5) x12cos2x+Cx - \frac{1}{2}\cos 2x + C
(6) 116cos8x14cos2x+C-\frac{1}{16}\cos 8x - \frac{1}{4}\cos 2x + C
(7) tanxx+C\tan x - x + C
(8) coshx+C\cosh x + C
(9) sinhx+C\sinh x + C
(10) lncoshx+C\ln|\cosh x| + C

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