第4章 4.11

(1)

x1+x\frac{\sqrt{x}}{1+x}

∫x1+xdxx=t2とおくとdx=2tdtこれから\int \frac{\sqrt{x}}{1+x}dx \qquad x=t^2 \quad \text{とおくと} \quad dx=2tdt \quad \text{これから}

=∫t1+t2⋅2tdt=∫2t21+t2dt=∫2(1−11+t2)dt=2t−2tan⁡−1t+C元に戻して=\int \frac{t}{1+t^2}\cdot 2tdt=\int \frac{2t^2}{1+t^2}dt=\int 2\left(1-\frac{1}{1+t^2}\right)dt=2t-2\tan^{-1}t+C \qquad \text{元に戻して}

=2x−2tan⁡−1x+C(Cは積分定数)=2\sqrt{x}-2\tan^{-1}\sqrt{x}+C \qquad (C\text{は積分定数})

(2)

x−12−x\sqrt{\frac{x-1}{2-x}}

∫x−12−xdxx−12−x=tとおくと2−x2x−1+x−122−x2−xdx=dt\int \sqrt{\frac{x-1}{2-x}}dx \qquad \sqrt{\frac{x-1}{2-x}}=t \quad \text{とおくと} \qquad \frac{\dfrac{\sqrt{2-x}}{2\sqrt{x-1}}+\dfrac{\sqrt{x-1}}{2\sqrt{2-x}}}{2-x}dx=dt

整理して 12(2−x)(x−1)(2−x)dx=dtここで x−12−x=tからx=2−1t2+1\text{整理して}\ \frac{1}{2(2-x)\sqrt{(x-1)(2-x)}}dx=dt \qquad \text{ここで}\ \sqrt{\frac{x-1}{2-x}}=t \quad \text{から} \quad x=2-\frac{1}{t^2+1}

これを代入して

12(2−2+1t2+1)(2−1t2+1−1)(2−2+1t2+1)dx=dtdx=2t(t2+1)2dtこれから\frac{1}{2\left(2-2+\dfrac{1}{t^2+1}\right)\sqrt{\left(2-\dfrac{1}{t^2+1}-1\right)\left(2-2+\dfrac{1}{t^2+1}\right)}}dx=dt \qquad dx=\frac{2t}{(t^2+1)^2}dt \qquad \text{これから}

=∫t⋅2t(t2+1)2dt=∫2t2(t2+1)2dt=−tt2+1+tan⁡−1t+C(4.13(2)から)=\int t\cdot \frac{2t}{(t^2+1)^2}dt=\int \frac{2t^2}{(t^2+1)^2}dt=-\frac{t}{t^2+1}+\tan^{-1}t+C \qquad (4.13(2)\text{から})

=tan⁡−1x−12−x−x−12−xx−12−x+1+C=tan⁡−1x−12−x−(x−1)(2−x)+C(Cは積分定数)=\tan^{-1}\sqrt{\frac{x-1}{2-x}}-\frac{\sqrt{\dfrac{x-1}{2-x}}}{\dfrac{x-1}{2-x}+1}+C=\tan^{-1}\sqrt{\frac{x-1}{2-x}}-\sqrt{(x-1)(2-x)}+C \qquad (C\text{は積分定数})

(3)

1x−x2\frac{1}{\sqrt{x-x^2}}

∫1x−x2dx=∫114−(x−12)2dx=sin⁡−1x−1212+C=sin⁡−1(2x−1)+C(Cは積分定数)\int \frac{1}{\sqrt{x-x^2}}dx = \int \frac{1}{\sqrt{\frac{1}{4}-\left(x-\frac{1}{2}\right)^2}}dx = \sin^{-1}\frac{x-\frac{1}{2}}{\frac{1}{2}}+C = \sin^{-1}(2x-1)+C \qquad \text{(C\text{は積分定数})}

(4)

1x2x2−1\frac{1}{x^2\sqrt{x^2-1}}

∫1x2x2−1dxx=1cos⁡tとおくとdx=sin⁡tcos⁡2tdtこれから\int \frac{1}{x^2\sqrt{x^2-1}}dx \qquad x=\frac{1}{\cos t} \text{とおくと} \qquad dx = \frac{\sin t}{\cos^2 t}dt \qquad \text{これから}

=∫11cos⁡2t1cos⁡2t−1⋅sin⁡tcos⁡2tdt=∫sin⁡tsin⁡2tcos⁡2tdt=∫cos⁡t dt=sin⁡t+C元に戻して=\int \frac{1}{\frac{1}{\cos^2 t}\sqrt{\frac{1}{\cos^2 t}-1}}\cdot \frac{\sin t}{\cos^2 t}dt = \int \frac{\sin t}{\sqrt{\frac{\sin^2 t}{\cos^2 t}}}dt = \int \cos t \, dt = \sin t + C \qquad \text{元に戻して}

=sin⁡(cos⁡−11x)+C=x2−1x+C(Cは積分定数)=\sin\left(\cos^{-1}\frac{1}{x}\right)+C = \frac{\sqrt{x^2-1}}{x}+C \qquad \text{(C\text{は積分定数})}

解説: r31bn1z