置換積分の例


[1]

x = tan θ (-π/2 < θ < π/2) と置くと, x = 0 ⇒ θ = 0, x = 1 ⇒ θ = π/4. 更に dx = dtan θ = dθ/cos2θ = (1 + tan2θ)dθ = (1 + x2)dθ. 即ち dx/(1 + x2) = dθ. 故に

与式 = ∫0π/4dθ = [θ]0π/4 = π/4 - 0 = π/4.

[2]

x = sin θ, -π/2 < θ < π/2 と置くと, x = 0 ⇒ θ = 0, 更に 従って, 故に,

与式 =∫0π/4dθ = [θ]0π/4 = π/4.

[3] a > 0 とするとき .

x = a sin θ, -π/2 < θ < π/2 と置くと, x = 0 ⇒ θ = 0, x = a ⇒ θ = π/2. 更に dx = a cos θdθなので,

[4]

ここで であることを考えて, , -π/2 < θ < π/2 と置く。 すると x = 0 ⇒ θ = π/6, x = 1  ⇒ θ = π/3, 更に . 故に

[5]

先ず と置く。 x = 0 ⇒ t = 1, x = 1 ⇒ t = 0 で, t2 = 1 - x より 2tdt = -dx, 即ち dx = -2tdt. 従って

注) この積分は t = 1 - x と置いても, 又部分積分によっても出来る。

[6]

と置くと, . x = 0 ⇒ t = -1, . 更に 故に

[7]

と置く。 x = 0 ⇒ θ = 0, x = 1 ⇒ θ = π/4.  であるから,

[8]

[9]

注) これは公式である。

[証明] 左辺 = ∫0a f(x) dx + ∫-a0 f(x) dx.

第二項で x = -t と置くと,

左辺 = ∫0a f(x) dx + ∫a0 f(-t) (-dt)
= ∫0a f(x) dx + ∫0a f(-t) dt
=∫0a f(x) dx + ∫0a f(-x) dx.

従って, f(x) が奇函数ならば f(-x) = -f(x) であることから, 左辺 = 0;
f(x) が偶函数ならば f(-x) = f(x) であることから, 左辺 = 2∫0a f(x) dx ■

[10] ∫02a f(x) dx = ∫0a (f(x) + f(x + a)) dx を証明せよ。

[証明] 右辺 = ∫0a f(x) dx + ∫0a f(x + a) dx

第二項で t = x + a と置く。

右辺 =∫0a f(x) dx + ∫a2a f(t) dt
= ∫0a f(x) dx + ∫a2a f(x) dx = 左辺 ■

[11] ∫0a f(x) dx = ∫0a/2 (f(x) + f(a - x)) dx.

これも [10] 同様に証明できる。


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