t=tan(x/2) と置換する積分(A)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: t=tan(x/2) と置換する積分(B) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
$t=\tan\dfrac{x}{2}$ とおくことにより,不定積分 $\displaystyle\int\frac{dx}{1+\sin x+\cos x}$ を求めよ.
$t=\tan\dfrac{x}{2}$ とおくと
$\cos^2\dfrac{x}{2}=\dfrac{1}{1+\tan^2\frac{x}{2}}=\dfrac{1}{1+t^2}$ であるから
\[ \sin x=2\sin\frac{x}{2}\cos\frac{x}{2}=2\tan\frac{x}{2}\cos^2\frac{x}{2}=\frac{2t}{1+t^2} \]
\[ \cos x=2\cos^2\frac{x}{2}-1=\frac{2}{1+t^2}-1=\frac{1-t^2}{1+t^2} \]
また,$\dfrac{dt}{dx}=\dfrac{1}{2\cos^2\frac{x}{2}}=\dfrac{1+t^2}{2}$ であるから $dx=\dfrac{2}{1+t^2}\,dt$
$1+\sin x+\cos x=\dfrac{(1+t^2)+2t+(1-t^2)}{1+t^2}=\dfrac{2(1+t)}{1+t^2}$ であるから
\[ \int\frac{1+t^2}{2(1+t)}\cdot\frac{2}{1+t^2}\,dt=\int\frac{dt}{1+t}=\log|1+t|+C \]
よって $\log\left|1+\tan\dfrac{x}{2}\right|+C$($C$ は積分定数)
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