$Q1$.
次の定積分の値を求めなさい。
$Q2$.
次の定積分の値を求めなさい。
(1)
$\displaystyle \int_1^e \dfrac{1}{x}~dx = \left[ \log x\right]_1^e = \log e - \log 1 = 1$
(2)
$∫94(√x+1√x) dx=∫94(x12+x−12) dx=[23x32+2x12]94=23(27−8)+2(3−2)=443$
(3)
$∫40√2x+1 dx=∫40(2x+1)12 dx=[12⋅23(2x+1)32]40=13(27−1)=263$
(2)
$∫831√x+1 dx=∫83(x+1)−12 dx=[2(x+1)12]83=2(3−2)=2$
$Q3$.
次の定積分の値を求めなさい。
(1)
倍角の公式より
$\cos 2x = 1 - 2\sin^2 x$
であるから
$\sin^2 x = \dfrac{1 - \cos 2x}{2}$
が成り立ちます。よって
$∫π0sin2x dx=∫π0(1−cos2x2) dx=12∫π0 dx−12∫π0cos2x dx=12[x]π0−12[12sin2x]π0=12(π−0)−14(sin2π−sin0)=π2$
(2)
$\displaystyle \int_{-1}^1 e^{3x}~ dx = \left[ \dfrac{1}{3}e^{3x}\right]_{-1}^1 = \dfrac{1}{3}\left( e^3 - e^{-3}\right)$
$Q4$.
$a, b \gt 0$ として, 直線 $y = ax$ と $x=b$ と $x$ 軸で囲まれた部分の面積を定積分を用いて求めなさい。
直線 $y = ax$ と $x$ 軸は原点で交わるので, 求める面積は
$\displaystyle \int_0^b ax ~dx = a\left[ \dfrac{1}{2}x^2 \right]_0^b = \dfrac{1}{2}ab^2$
より $\dfrac{1}{2}ab^2$ となります。
※ $3$ つの直線で囲まれた図形は直角三角形であり, 底辺の長さが $b$, 高さが $ab$ なのでその面積は
$b \cdot ab \cdot \dfrac{1}{2} = \dfrac{1}{2}ab^2$
となり, 定積分で求めた値と一致することがわかります。
関数 $f(x)$ の原始関数が $F(x)$ である時
$\displaystyle \int_a^b f(x)~dx=\left[ F(x)\right]_a^b = F(b) - F(a)$
が成り立ちます。積分の性質
$\displaystyle \int_a^b \left\{ kf(x) + lg(x)\right\} ~ dx = k\int_a^b f(x)~dx + l\int_a^b g(x) ~ dx~~$ ($k,l$ は実数)
等を利用して上手に計算しましょう。
(1)
$\displaystyle \int_{-1}^4(-4) ~dx = -4\int_{-1}^4 ~ dx = -4\left[ x \right]_{-1}^4 = -4\left( 4 - (-1)\right) = -4\cdot 5 = -20$
※ $1$ の積分 $\displaystyle \int_a^b 1 ~dx$ は被積分関数の $1$ を省略して $\displaystyle \int_a^b ~dx$ と表すことがあります。
(2)
$∫3−1(5x+8) dx=5∫3−1x dx+8∫3−1 dx=5[12x2]3−1+8[x]3−1=5(92−12)+8(3−(−1))=20+32=52$
(3)
$∫31(3x2−6x−2) dx=3∫31x2 dx−6∫31x dx−2∫31 dx=3[13x3]31−6[12x2]31−2[x]31=3(27−13)−6(9−12)−2(3−1)=26−24−4=−2$