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工学部2020年第1問(1)

工学部
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問題文全文

 以下の定積分の値を求めなさい. ただし, logxx の自然対数を表す.

(a) π40sinx2cosx2sinx+cosxdx=log()

(b)π40sinx2sinx+cosxdx=π+log()

(c)π40cosx2sinx+cosxdx=πlog()

着眼点

(a)は明らかに f(x)f(x)dx=logf(x)+C を利用する形です.

(b),(c) は被積分関数の分母が同じですし, 分母もsinxcosx かの違いだけです. 確実に関係があると見ていいでしょう. 簡単のために (b) の式を B, (c) の式を C とおくと, (a) の式 ABC で表せます. もう一つ BC の関係式が作れれば解くことができそうです.

解答

(a)

π40sinx2cosx2sinx+cosxdx=π40(2sinx+cosx)2sinx+cosxdx

=[log(2sinx+cosx)]π40=log(1+12)

=log22+1=log(22)

(b), (c)

B=π40sinx2sinx+cosxdx,C=π40cosx2sinx+cosxdx
とおくと, (1) より
B2C=log(22)
が成り立つ.

一方,

2B+C=π402sinx+cosx2sinx+cosxdx=π40dx=π4

が成り立つ. ①, ②より

B=212π+13log(22)

C=π1223log(22)

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