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置換積分
画像のような置換積分ができないのは何故なのでしょうか?
tの値一つに対してxの値が二つ以上対応する時はダメな気がするのですが、なぜそうなのかがわかりません。
というか、そもそも置換積分というものが何故成り立つのかがわかりません。
宜しくお願い致します
回答
茂木 音弥さん、こんにちは。
これって高校数学でいけるんだっけ?定積分ならOKなやつだったかな。
その置き換えではxがー1から1まで変化するとき、tの値は増えて減るので、途中で分けなくてはなりませんよ。
積分を二つに分けてxがー1から0のとき、tは2から1、xが0から1までではtは1から2。これでわけてやれば正しい定積分になります。
また、この被積分関数が偶関数であることに着目すれば、この問題ではxが0から1までの定積分の2倍と考えられて、とくに問題は起こりません!
それから、あなたがやった置換積分では、せっかく置換してもきれいな式になりません。置換する意味がないです。
まずは部分積分でxlog(x²+1)を作って…とやってから、後ろの積分で置換積分を使う場面になります。x=tanθと置く置換ですね。
ここまでの説明で、もう少しやってみてください。私もこれから定積分の値を求めてみますので。答をお持ちなら、先に教えておいてください。
では、お待ちしています!
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追記 3/31 22:15
コメント、拝見。
積分区間が0→0?
えーと、書くのが大変なので
$\dfrac{\log t}{-2\sqrt{t-1}}=h(t)$ と書きますよ。
定積分はxがー1から0まではtが2から3で
被積分関数は $h(t)$
xが0から1まではtが3から2で
被積分関数は $-h(t)$
よって
定積分=$\int_2^3 h(t) dt+\int_3^2 -h(t) dt$
$=\int_2^3 h(t) dt-\int_3^2 h(t) dt$
$=\int_2^3 h(t) dt+\int_2^3 h(t) dt$
$=2\int_2^3 h(t) dt$
ただし、この先の計算はどうやったらいいのかわかりませんが。
とりあえず、あなたのコメントの回答として書いたのですが、ずれてるかな?
画像追加しました。積分できました! そこで、 その置き換えではxがー1から1まで変化するとき、tの値は増えて減るので、途中で分けなくてはなりませんよ のところなのですが、何故わけなくてはならないのでしょうか。
ごめんなさい!よく考え直したら私の勘違いでした。「分ければ正しい積分になる」というのはウソのようです。 あなたのやり方ではdx=dt/2xが出てきて、そのまま議論して定積分の上端下端が等しいから0とやっていますが、この右辺の分母に出てくるxもtで書き換えなければなりません。そのとき、xの正負で書き方が異なるのです。 x≧0の時はx=√(t-1)ですが、x<0のときはx=ー√(t-1)なので、置換積分で積分するtの関数自体が正負でことなります。ですからxの正負に分けて式を正しく作らなければばりません。(この問題では、いずれにしても無理ですが) これでどうでしょうか?
なるほど、正負が切り替わるところで場合わけをしなくてはならないのですね。そこで、また新しく疑問生まれたのですが、 xの正負に分けた際にも積分区間が0→0のせいでいずれの項も結局0になってしまいます。これはどうすれば解決できるでしょうか。
完全に理解出来ました! ありがとうございます!