ujinao

a2−x2\sqrt{a^2-x^2}(aは実数の定数)

の区間0から1における定積分について、x=asinθx=asinθとおいて置換積分せい

と習ったのですが、こう置けるのは、区間が0から1までだからということでいいのですか?


asinθasinθでは全てのxxを表せないですよね?

回答 1件

ベストアンサー

sHlcNRe46

おそらく積分区間は 00 から 11 ではなく 00 から aa の間違い(あるいは a≧1a\geqq1 の条件があるか)だと思いますが、すべての xx を x=asin⁡θx=a\sin\theta と置換して表すことはできません。


この置換でうまくいく理由は以下のとおりです。


y=a2−x2y=\sqrt{a^2-x^2} とすると、x2+y2=a2 , y≧0x^2+y^2=a^2 \text{ , } y\geqq 0 となります。

これは、中心が原点、半径が aa の円の y≧0y \geqq 0 の部分、つまり半円です。


したがって、x=asin⁡θx=a\sin\theta と置換すると、θ\theta を媒介変数とした円の方程式のように yy を表すことができ、綺麗な形になるということです。

(媒介変数表示は x=acos⁡θx=a\cos\theta とするが、置換積分の場合は x=asin⁡θx=a\sin\theta と置換したほうが良い)


この半円のうち、0≦x≦a0 \leqq x \leqq a の範囲の面積は πa24\dfrac{\pi a^2}{4} なので、

∫0aa2−x2 dx=πa24\int_{0}^{a} \sqrt{a^2-x^2} \ dx = \dfrac{\pi a^2}{4}

と置換せずに求めることもできます。

  • ujinao

    {ルートの中は1−x21-x^2と書くつもりでした すみませんm(_ _;)m}


    つまり、xxはasinθasinθで表しれるということでいいでしょうか

    補足

    表しれる→表しきれる

  • sHlcNRe46

    −a≦x≦a-a \leqq x \leqq a の範囲でのみ表すことができます。それ以外の範囲は表すことはできません。

    −1≦sin⁡θ≦1-1 \leqq \sin\theta \leqq 1 であることを考えれば理解できると思います。

  • ujinao

    ありがとうございましたm(_ _)m

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