kakko_pn

数学の質問です。

被積分関数が1x2+a2\displaystyle \frac{1}{x^2+a^2}である定積分に就いて、一般にx=atan⁡θx=a\tan\thetaと置いて置換積分をしますが、教科書に「t=x2+a2\displaystyle t=x^2+a^2と置いて置換積分を計算することは出来るだろうか?」と書いてあって、そもそも数学が得意じゃないので良く分かりませんでした。どなたかこの問いに答えて頂けませんか?具体例を出して教えて下さい!(まだ高校生で逆三角関数に就いては良く知らないので、不定積分ではなく、定積分でお願いします。)

回答宜しくお願いします。

回答 1件

ベストアンサー

(もし答えになってなかったらごめんなさい)

多分ですがその教科書にある半ば挑発的な質問って、適切な置換を被積分関数に行わないと一生解けないよ、みたいなことを言いたいんじゃないかなって単に思いました。じゃあ試しに上記の置換方法でみてみます。 (a≧0)(a≧0)とし、

∫0a1x2+a2dx と置きます。「t=x2+a2」とすると、dtdx=2x\int_{0}^{a} \dfrac{1}{x^2+a^2} dx と置きます。「t=x^2+a^2」とすると、\dfrac{dt}{dx}=2x

(与式)=∫02a212xtdt(与式)=\int_{0}^{2a^2} \dfrac{1}{2xt}dt

ここで、xxが邪魔なので置き換えたやつで戻します x=±t−a2x=±\sqrt{t-a^2}

すでに面倒です。-の符号は、議論している関数の範囲から+でしょう。

(与式)=∫02a212tt−a2dt(与式)=\int_{0}^{2a^2} \dfrac{1}{2t\sqrt{t-a^2}}dt

さんざん置換で荒らした結果ですが、ここから先は普通に考えて無理です。一般の想定される高校生のレベルでは解けないと感じましたし、どうあがいても結局一番最初の積分に戻りそうです。


結局言いたかったのはこんな置換じゃ解けないよ、ということなんじゃないでしょうか?

  • kakko_pn

    多分ですがその教科書にある半ば挑発的な質問って、適切な置換を被積分関数に行わないと一生解けないよ、みたいなことを言いたいんじゃないかなって単に思いました。

    →流石に挑発の意味ではないと思いますよwww

    自分の使って居る教科書には思考力を育てるためなのか分かりませんが答えが載って居ない問いがたくさん載って居るんですよねw


    つまりやっぱりx=atan⁡θx=a\tan\thetaと置くのが一番簡単な方法なんですね!

    ありがとうございます!

  • 挑発は流石に言い過ぎました(笑) ですが、こうやって置換するときの考え方とかは身につくのでどしどし質問してください

  • kakko_pn
    お礼

    大変助かりました!

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