解決済み
Arsenic

なんかこんがらがっちゃいました................

∫1x1−x1+xdx\int \dfrac{1}{x} \sqrt{\dfrac{1-x}{1+x}} dx

∫1x1+x1−xdx\int \dfrac{1}{x} \sqrt{\dfrac{1+x}{1-x}} dx

この問題の解答って上と下であんまり相違はないんですけどなんかこんがらがっちゃいました(置換かな?)

回答 1件

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どちらもほぼ同じ答えになりますが、一応それぞれ解いてゆきます。

∫1x1−x1+xdx について、1−x1+x=u と置換し dx=(1+x)22du\int \dfrac{1}{x}\sqrt{\dfrac{1-x}{1+x}} dx について、\dfrac{1-x}{1+x}=u と置換し dx=\dfrac{(1+x)^2}{2} du

また、1−u1+u=x であることから、超変換でまた、\dfrac{1-u}{1+u}=x であることから、超変換で

(与式)=∫2u(u−1)(u+1)du=∫(−uu+1+uu−1)du(与式)=\int \dfrac{2\sqrt{u}}{(u-1)(u+1)}du=\int \left(-\dfrac{\sqrt{u}}{u+1}+\dfrac{\sqrt{u}}{u-1}\right) du

u=t とおき、du=2tdt\sqrt{u}=t とおき、du=2t dt

=2∫(−t2t2+1+t2t2−1)dt=2∫(1t2−1+1t2+1)dt=2\int \left(-\dfrac{t^2}{t^2+1}+\dfrac{t^2}{t^2-1}\right) dt=2\int\left( \dfrac{1}{t^2-1}+\dfrac{1}{t^2+1} \right) dt

=2tan⁡−1t+∫(1t−1−1t+1)dt=2tan⁡−1t+log⁡∣t−1t+1∣+C=2\tan^{-1} t+\int \left( \dfrac{1}{t-1}-\dfrac{1}{t+1} \right) dt=2\tan^{-1} t +\log\Bigl| \dfrac{t-1}{t+1} \Bigr|+C

また、tanh⁡x=ex−e−xex+e−x\tanh x=\dfrac{e^x-e^{-x}}{e^x+e^{-x}}から計算して、tanh⁡−1x=12log⁡∣1+x1−x∣\tanh^{-1} x=\dfrac{1}{2}\log\Bigl| \dfrac{1+x}{1-x} \Bigr|であることから、置換を解除して


(与式)=2tan⁡−11−x1+x−2tanh⁡−11−x1+x+C(与式)=2\tan^{-1}\sqrt{\dfrac{1-x}{1+x}}-2\tanh^{-1} \sqrt{\dfrac{1-x}{1+x}}+C


次に後者の方を、

∫1x1+x1−xdx について、1+x1−x=u と置換し dx=(1−x)22du\int \dfrac{1}{x}\sqrt{\dfrac{1+x}{1-x}} dx について、\dfrac{1+x}{1-x}=u と置換し dx=\dfrac{(1-x)^2}{2} du

よって、

=−∫2u(u−1)(u+1)du=-\int \dfrac{2\sqrt{u}}{(u-1)(u+1)}du

ほとんど同じです。過程を吹っ飛ばせるので

(与式)=−2tan⁡−11+x1−x+2tanh⁡−11+x1−x+C(与式)=-2\tan^{-1}\sqrt{\dfrac{1+x}{1-x}}+2\tanh^{-1} \sqrt{\dfrac{1+x}{1-x}}+C

こんな感じで自分は求まりました。不備かなんかがあれば教えてください!

  • Arsenic

    ありがとうございます

    自分は置換した後にこんがらがっちゃったので、、

    ありがとうございます

    補足

    多分積分した値はあっていると思います

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