与えられた4つの積分を計算します。 (1) $\int \frac{1}{\sqrt{x}} dx$ (2) $\int (\frac{1}{x} + \frac{1}{x^2}) dx$ (3) $\int \sqrt{x} dx$ (4) $\int \frac{1}{x^2+3} dx$

解析学積分不定積分置換積分
2025/6/20

1. 問題の内容

与えられた4つの積分を計算します。
(1) 1xdx\int \frac{1}{\sqrt{x}} dx
(2) (1x+1x2)dx\int (\frac{1}{x} + \frac{1}{x^2}) dx
(3) xdx\int \sqrt{x} dx
(4) 1x2+3dx\int \frac{1}{x^2+3} dx

2. 解き方の手順

(1) 1xdx\int \frac{1}{\sqrt{x}} dx
1x=x1/2\frac{1}{\sqrt{x}} = x^{-1/2} なので、
x1/2dx=x(1/2)+1(1/2)+1+C=x1/21/2+C=2x+C\int x^{-1/2} dx = \frac{x^{(-1/2)+1}}{(-1/2)+1} + C = \frac{x^{1/2}}{1/2} + C = 2\sqrt{x} + C
(2) (1x+1x2)dx\int (\frac{1}{x} + \frac{1}{x^2}) dx
(1x+1x2)dx=1xdx+x2dx=lnx+x2+12+1+C=lnx1x+C\int (\frac{1}{x} + \frac{1}{x^2}) dx = \int \frac{1}{x} dx + \int x^{-2} dx = \ln|x| + \frac{x^{-2+1}}{-2+1} + C = \ln|x| - \frac{1}{x} + C
(3) xdx\int \sqrt{x} dx
x=x1/2\sqrt{x} = x^{1/2} なので、
x1/2dx=x(1/2)+1(1/2)+1+C=x3/23/2+C=23x3/2+C\int x^{1/2} dx = \frac{x^{(1/2)+1}}{(1/2)+1} + C = \frac{x^{3/2}}{3/2} + C = \frac{2}{3} x^{3/2} + C
(4) 1x2+3dx\int \frac{1}{x^2+3} dx
x=3tanθx = \sqrt{3} \tan\theta と置換すると、dx=3sec2θdθdx = \sqrt{3} \sec^2\theta d\theta
x2+3=3tan2θ+3=3(tan2θ+1)=3sec2θx^2 + 3 = 3 \tan^2\theta + 3 = 3(\tan^2\theta + 1) = 3 \sec^2\theta
1x2+3dx=13sec2θ3sec2θdθ=33dθ=13θ+C\int \frac{1}{x^2+3} dx = \int \frac{1}{3\sec^2\theta} \sqrt{3} \sec^2\theta d\theta = \frac{\sqrt{3}}{3} \int d\theta = \frac{1}{\sqrt{3}} \theta + C
ここで、tanθ=x3\tan\theta = \frac{x}{\sqrt{3}} より、θ=arctan(x3)\theta = \arctan(\frac{x}{\sqrt{3}})
よって、1x2+3dx=13arctan(x3)+C\int \frac{1}{x^2+3} dx = \frac{1}{\sqrt{3}} \arctan(\frac{x}{\sqrt{3}}) + C

3. 最終的な答え

(1) 2x+C2\sqrt{x} + C
(2) lnx1x+C\ln|x| - \frac{1}{x} + C
(3) 23x3/2+C\frac{2}{3} x^{3/2} + C
(4) 13arctan(x3)+C\frac{1}{\sqrt{3}} \arctan(\frac{x}{\sqrt{3}}) + C

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