x=tanθ とおく定積分(1/(1+x²))(B)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: x=tanθ とおく定積分(1/(1+x²))(A) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
次の定積分を求めよ.
\begin{enumerate}
\item[(1)] $\displaystyle\int_{-1}^{\sqrt{3}}\frac{dx}{1+x^2}$
\item[(2)] $\displaystyle\int_0^2\frac{dx}{x^2+4}$
\item[(3)] $\displaystyle\int_1^{\sqrt{3}}\frac{dx}{x^2(1+x^2)}$
\end{enumerate}
(1) $x=\tan\theta$ とおくと $dx=\dfrac{d\theta}{\cos^2\theta}$,$1+x^2=\dfrac{1}{\cos^2\theta}$.$x:-1\to\sqrt{3}$ のとき $\theta:-\dfrac{\pi}{4}\to\dfrac{\pi}{3}$
\[ \int_{-1}^{\sqrt{3}}\frac{dx}{1+x^2}=\int_{-\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{3}}\cos^2\theta\cdot\frac{d\theta}{\cos^2\theta}=\int_{-\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{3}}d\theta=\frac{\pi}{3}+\frac{\pi}{4}=\frac{7}{12}\pi \]
(2) $x=2\tan\theta$ とおくと $dx=\dfrac{2}{\cos^2\theta}d\theta$,$x^2+4=\dfrac{4}{\cos^2\theta}$.$x:0\to 2$ のとき $\theta:0\to\dfrac{\pi}{4}$
\[ \int_0^2\frac{dx}{x^2+4}=\int_0^{\frac{\pi}{4}}\frac{\cos^2\theta}{4}\cdot\frac{2}{\cos^2\theta}\,d\theta=\int_0^{\frac{\pi}{4}}\frac{1}{2}\,d\theta=\frac{\pi}{8} \]
(3) $\dfrac{1}{x^2(1+x^2)}=\dfrac{1}{x^2}-\dfrac{1}{1+x^2}$ であるから
\[ \int_1^{\sqrt{3}}\frac{dx}{x^2}-\int_1^{\sqrt{3}}\frac{dx}{1+x^2}=\left[-\frac{1}{x}\right]_1^{\sqrt{3}}-\left(\frac{\pi}{3}-\frac{\pi}{4}\right)=1-\frac{\sqrt{3}}{3}-\frac{\pi}{12} \]
(第 2 項は $x=\tan\theta$ で $\theta:\dfrac{\pi}{4}\to\dfrac{\pi}{3}$ とおき換えた.)
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