x=tanθ とおく定積分(1/(1+x²))(A)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: x=tanθ とおく定積分(1/(1+x²))(B) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
次の定積分を求めよ.
\begin{enumerate}
\item[(1)] $\displaystyle\int_0^1\frac{dx}{1+x^2}$
\item[(2)] $\displaystyle\int_0^{\sqrt{3}}\frac{dx}{x^2+3}$
\item[(3)] $\displaystyle\int_0^1\frac{dx}{(1+x^2)^2}$
\end{enumerate}
(1) $x=\tan\theta$ とおくと $dx=\dfrac{d\theta}{\cos^2\theta}$,$1+x^2=\dfrac{1}{\cos^2\theta}$.$x:0\to 1$ のとき $\theta:0\to\dfrac{\pi}{4}$
\[ \int_0^1\frac{dx}{1+x^2}=\int_0^{\frac{\pi}{4}}\cos^2\theta\cdot\frac{d\theta}{\cos^2\theta}=\int_0^{\frac{\pi}{4}}d\theta=\frac{\pi}{4} \]
(2) $x=\sqrt{3}\tan\theta$ とおくと $dx=\dfrac{\sqrt{3}}{\cos^2\theta}d\theta$,$x^2+3=\dfrac{3}{\cos^2\theta}$.$x:0\to\sqrt{3}$ のとき $\theta:0\to\dfrac{\pi}{4}$
\[ \int_0^{\sqrt{3}}\frac{dx}{x^2+3}=\int_0^{\frac{\pi}{4}}\frac{\cos^2\theta}{3}\cdot\frac{\sqrt{3}}{\cos^2\theta}\,d\theta=\frac{\sqrt{3}}{3}\cdot\frac{\pi}{4}=\frac{\sqrt{3}}{12}\pi \]
(3) $x=\tan\theta$ とおくと $dx=\dfrac{d\theta}{\cos^2\theta}$,$(1+x^2)^2=\dfrac{1}{\cos^4\theta}$.$x:0\to 1$ のとき $\theta:0\to\dfrac{\pi}{4}$
\[ \int_0^1\frac{dx}{(1+x^2)^2}=\int_0^{\frac{\pi}{4}}\cos^4\theta\cdot\frac{d\theta}{\cos^2\theta}=\int_0^{\frac{\pi}{4}}\frac{1+\cos 2\theta}{2}\,d\theta=\left[\frac{\theta}{2}+\frac{\sin 2\theta}{4}\right]_0^{\frac{\pi}{4}}=\frac{\pi}{8}+\frac{1}{4} \]
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