t=tan(x/2) と置換する積分(B)
★★★☆☆☆☆(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(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
$t=\tan\dfrac{x}{2}$ とおくことにより,不定積分 $\displaystyle\int\frac{dx}{\sin x(1+\cos x)}$ 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
\[ \sin x=2\sin\frac{x}{2}\cos\frac{x}{2}=2\tan\frac{x}{2}\cos^2\frac{x}{2}=\frac{2t}{1+t^2},\qquad 1+\cos x=2\cos^2\frac{x}{2}=\frac{2}{1+t^2} \]
また,$\dfrac{dt}{dx}=\dfrac{1}{2\cos^2\frac{x}{2}}=\dfrac{1+t^2}{2}$ であるから $dx=\dfrac{2}{1+t^2}\,dt$
$\sin x(1+\cos x)=\dfrac{4t}{(1+t^2)^2}$ であるから
\[ \int\frac{(1+t^2)^2}{4t}\cdot\frac{2}{1+t^2}\,dt=\int\frac{1+t^2}{2t}\,dt=\frac{1}{2}\int\left(\frac{1}{t}+t\right)dt=\frac{1}{2}\log|t|+\frac{t^2}{4}+C \]
よって $\dfrac{1}{2}\log\left|\tan\dfrac{x}{2}\right|+\dfrac{1}{4}\tan^2\dfrac{x}{2}+C$($C$ は積分定数)
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