「数学Vの積分・微積分融合問題」に関する質問と回答

 

部分分数分解
nanaさん    [Profile 高校3年生の方] 投稿日2002/7/5(金)22:13


お久しぶりです。いきなり部分分数分解の質問なのですが
c/(x+1)(x+2)=a/(x+1)+b/(x+2)とおいてでき、
c/(x+1)^2=a/(x+1)+b/(x+1)^2とするのだと思うのですが
c/(x+1)(x+2)^2 のようなものはどうしたらいいのでしょうか?

また参考書に1/x(x+1)(x+2)はa/x(x+1)+b/(x+1)(x+2)とおいていたんですが
これはこの変形以外にはできないんでしょうか?

あと、変形した後(右辺)の分母のxの次数が2以上の時も分子はa、bでいいんでしょうか?
一番↑の変形以外は意味がわかっていないので、どんなものも部分分数分解できるためにどうやってやればいいのか教えていただけないでしょうか?


水野 健太郎さん の ホームページ  [Profile 近畿地方に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/7/5(金)22:47

水野%助っ人です。

>c/(x+1)(x+2)^2
={A/x+1}+{B/x+2}+{C/(x+2)^2}
のようにします。
# ABCの求め方については、また別の機会に・・・。
私が知っている限りでは、この用途はおもに数Vの積分計算です。このようなこま
かい足し算に直しておくと、それぞれが積分の公式に当てはまる形になるんです。

もちろん、↓こちらについても、
>1/x(x+1)(x+2)
={A/x}+{B/(x+1)}+{C/(x+2)}
の形に直すことができます。

ただし、数列の和を求める用途であれば、
={1/x(x+1)}-{1/(x+1)(x+2)}
のように(全体が引き算の形になるように)変形する方が楽です。
# xに1からnまでを順々に代入していくと、となりあった部分の「+」のとこ
# ろと「−」の部分で打ち消し合いますよ。
・・・ただし、さきほどの方法で求まらないわけではありません。

このように、もとの式の形はもちろん、「用途」によっても目標とする形は異なっ
てきます。とりあえず、入試に出る代表的なものに当たっておけば十分ですよ。


新矢  [Profile 近畿地方に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/7/6(土)03:30

nanaさん、こんばんわ。水野先生いつもありがとうございます。
大阪は暑い日が続いていて、バテ気味です。

分母が2次式のときは、分子は1次式にします。
例えば、
frac{x+1}{(x-1)(x^{2}+1)}=frac{a}{x-1}+frac{bx+c}{x^{2}+1}
とおきます。

nanaさん  [Profile 高校3年生の方] 投稿日:2002/7/10(水)16:30

水野さん、新矢さんいつも有難うございます。
水野さんのおっしゃる通り積分計算で出てきました。

今日は台風なのにうちの学校は帰してくれませんでした(泣
これから夏休みが終わるまでに青チャートのTAからVCまでの全例題を
マスターする予定なので解らないことを質問させていただくことが多いと
思いますがどうかよろしくお願いいたします。

 

三角関数の積分計算
くろさん    投稿日2002/5/27(月)16:29

int_{0}^{pi/2}sin^{5}x dx という問題なのですが、
解にある8/15にどうやったらなるのかわかりません。
教えてくださいm(_ _)m

kumaさん  [Profile 近畿地方に住む20代の男性の方] 投稿日:2002/5/27(月)17:42

インテグラルの中を以下のように変形していきます。

sin^{5}x
= sin^{4}x * sinx
= (1 - cos^{2}x)^{2} * sinx
= (1 - 2cos^{2}x + cos^{4}x) * sinx
= sinx - 2cos^{2}xsinx + cos^{4}xsinx

これをインテグラルの中に入れて計算すれば求まります。


インテグラルの中・・・? 投稿者:くろさん 
[Profile 関東地方に住む秘密の方] 投稿日:2002/5/28(火)00:32

スイマセン入れて計算するとどんな感じで8/15になるのか教えてもらえますか?

新矢さん  [Profile 兵庫県に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/5/28(火)03:01

kumaさん,いつも回答ありがとうございます。

int{sinx - 2cos^{2}xsinx + cos^{4}xsinx}dx
=[-cosx+(2/3)cos^{3}x-(1/5)cos^{5}x]

解かりにくければ,第2項の cos^{2}xsinx は cosx=t と置換して
第3項の cos^{4}xsinx も cosx=t と置換してみましょう。

また,参考書(速攻数学3微積分計算等―とちょっと宣伝)を調べると,
I_{n}=int_{0}^{pi/2}sin^{n}x dx とするとき,
I_{n}=frac{n-1}{n}I_{n-2} を示せ
という問題が載っているかもしれません。
その結果より導かれる公式を使うと一瞬で求まります。


ありました! 投稿者:くろさん  [Profile 関東地方に住む秘密の方] 投稿日:2002/5/28(火)21:06

公式ありました!
メッチャ簡単に出るんですね。
ありがとうございました!

 

特殊な置換積分
くろさん    [Profile 関東地方に住む秘密の方] 投稿日2002/5/28(火)23:52


何度も何度もスイマセン。

int_{0}^{a}aqrt{2ax-x^{2}}dx (a>0)

を積分せよ、という問題が解けません。
教えてください(><)


新矢さん  [Profile 兵庫県に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/5/29(水)01:38

積分計算に苦労されてるようですね。
ルートの中を平方完成します。

sqrt{-x^{2}+2ax}=sqrt{-(x-a)^{2}+a^{2}}=sqrt{a^{2}-(x-a)^{2}}

として,x-a=asinθ と置換します。

なるほど。 投稿者:くろさん  [Profile 関東地方に住む秘密の方] 投稿日:2002/5/29(水)09:36

どうにもこうにも微積分ってニガテで・・・(><)
なるほど。やってみます。
ありがとうございました!

LWさん  投稿日:2002/5/30(木)11:59

表記が良く分からないんですがたぶん円で考えたほうが早いと思います。
違ってたらすみません。

新矢さん  [Profile 兵庫県に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/5/30(木)23:39

LWさん,ありがとうございます。
おっしゃるように,y=sqrt{2ax-x^{2}} とおいて両辺2乗すると,
y^{2}=2ax-x^{2}
x^{2}-2ax+y^{2}=0
(x-a)^{2}+t^{2}=a^{2}
となり,y=sqrt{2ax-x^{2}} は,(a,0) 中心,半径a の上半円を表す方程式ですから,グラフを描くと,この定積分がいうところの面積は,半径 a の円の面積の1/4 となり,すぐに求まります。
じつは,くろさんから,“解けました”とご報告があったら,この方法も紹介しようと思っていたんです。

LWさん,今後とも宜しくお願い致します。

 

t=tan(x/2)
nanaさん    [Profile 高校3年生の方] 投稿日2002/6/27(木)20:59

置換積分の問題で必要なことなのですが、t=tan(x/2)とするとき
sinxとcosxをtで表したいのですがどうすればいいのかわかりません。
tan(2・x/2)で2t/1-t^2に変形してみたんですがこの先が思いつきません。
1ヶ月前くらいに同じようなことを自分でできた記憶があるのですが
思い出せません。教えていただけませんか?

池田 敦さん の ホームページ  [Profile 大阪府に住む大学院生の男性の方] 投稿日:2002/6/27(木)22:38

助っ人の池田です。

恐らく tan x から cos x を
   1+tan^2 x=1/(cos x)^2
を利用して求めたかったのかも知れませんが、これでは2乗が出てきて大変なことになります。

それを防ぐ為に、2乗が直接使える公式(cos の倍角公式)を使ってみましょう。
   cos x=2cos^2(x/2)-1
      =frac{2}{1+tan^2(x/2)}-1
      =frac{2}{1+t^2}-1
      =frac{2-(1+t^2)}{1+t^2}
      =frac{1-t^2}{1+t^2}
となりますので、これを tan x=frac{sin x}{cos x} より導かれる
   sin x=cos x・tan x
に代入すれば
   sin x=frac{1-t^2}{1+t^2}frac{2t}{1-2t^2}
      =frac{2t}{1+t^2}
となります。めでたしめでたし。

nanaさん  [Profile 高校3年生の方] 投稿日:2002/6/27(木)23:15

できました!池田さん教えていただき有難うございました。
2倍角や半角の公式は覚えてはいるのですが実際まだなかなか使いこなせません。

 

曲線の長さ
数子さん    [Profile 近畿地方に住む高校3年生の女性の方] 投稿日2002/8/30(金)14:54

y=(1/2)x^2 において、0leqq x leqq1における曲線の長さ。

int_{0}^{1}sqrt{1+x^{2}} dx
までは、分かったんですが、この後、
tan^{2}θを使って解くみたいなんですが、
どのように使うのか、わかりません。
教えて下さい。

新矢(管理人)ホームページ  [Profile M78星雲に住む秘密の男性の方] 投稿日:2002/8/30(金)23:03

数子さん、こんばんは。度々のご利用ありがとうございます。

L=int_{0}^{1}\sqrt{1+x^{2}}dx

これは、 x=tanθ と置換します。
(この置き換えをする定積分は参考書には必ず載っています。)

上記置換によって、
L=int_{0}^{π/4}(1/cos^{3}θ)dθ となるはずです。

この積分は、複数の計算方法がありますが、ここでは、
(1/cos^{3}θ)=(1/cosθ・cos^{2}θ)=frac{1}{cosθ(1-sin^{2}θ)}
としてみます。
さらに、sinθ=t と置換することで、次にようになるはずです。
L=int_{0}^{1/√2}{1/(1-t^{2})^{2}}dt

被積分関数を部分分数の和に分けると、結局つぎの積分になります。

L=(1/4)int_{0}^{1/√2}(frac{1}{1-t}+frac{1}{(1-t)^{2}}+frac{1}{1+t}+frac{1}{(1+t)^{2}})dt
これでやっと積分できる形になります。

計算の途中で、2重根号をはずすと、
答えは L=frac{log(√3-1)+√2}{2} になりました。

○ 入試問題なら、ヒントとなるような小問がついているような、出題形式になると思います。

ありがとうございます!! 投稿者:数子さん  [Profile 近畿地方に住む高校3年生の女性の方] 投稿日:2002/8/31(土)09:41

問題間違っていました・・・
すいませんm(__)m

教えていただいたのをもとに
参考書を見てがんばります!

また教えて下さい。

 

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