(1) 部分分数分解
与えられた式より、
1=(Ax+B)(x2−2x+1)+(Cx+D)(x2+2x+1) 右辺を展開して整理すると、
1=(A+C)x3+(−2A+B+2C+D)x2+(A−2B+C+2D)x+(B+D) 係数を比較して、
−2A+B+2C+D=0 A−2B+C+2D=0 A+C=0 より C=−A。これを他の式に代入すると、 −2A+B−2A+D=0 A−2B−A+2D=0 整理して、
−22A+B+D=0 −2B+2D=0 −2B+2D=0 より B=D。B+D=1 より B=D=21。 −22A+21+21=0 −22A=−1 A=221=42 C=−A=−42 よって、
A=42,B=21,C=−42,D=21 (2) 定積分の計算
(1)の結果を用いて積分を計算する。
∫01x4+1dx=∫01(x2+2x+142x+21+x2−2x+1−42x+21)dx ∫01x4+1dx=42∫01(x2+2x+1x+2+x2−2x+1−x+2)dx ∫01x4+1dx=42∫01(x2+2x+1x+22+x2+2x+122+x2−2x+1−x+22+x2−2x+122)dx ∫01x4+1dx=42[21ln(x2+2x+1)−21ln(x2−2x+1)+arctan(2x+1)+arctan(2x−1)]01 =42[21ln(2−22+2)+arctan(1+2)−arctan(1−2)] =42[21ln(4−2(2+2)2)+arctan(1+2)−arctan(1−2)] =42[21ln(24+42+2)+arctan(1+2)−arctan(1−2)] =42[21ln(3+22)+arctan(1+2)−arctan(1−2)] =42[21ln((1+2)2)+arctan(1+2)−arctan(1−2)] =42[ln(1+2)+arctan(1+2)−arctan(1−2)] arctan(1+sqrt(2))-arctan(1-sqrt(2)) = 3 pi/8
=42[ln(1+2)+83π] =42ln(1+2)+3232π