x=a−t の形の置換で定積分の等式を示す(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: x=a−t の形の置換で定積分の等式を示す(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
\begin{enumerate}
\item[(1)] 連続関数 $f(x)$ について,$\displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}}f(\sin x)\,dx=\int_0^{\frac{\pi}{2}}f(\cos x)\,dx$ を示せ.
\item[(2)] $\displaystyle I=\int_0^{\frac{\pi}{2}}\frac{\sin x}{\sin x+\cos x}\,dx$ を求めよ.
\end{enumerate}
(1) $x=\dfrac{\pi}{2}-t$ とおくと $dx=-dt$.$x:0\to\dfrac{\pi}{2}$ のとき $t:\dfrac{\pi}{2}\to 0$ で,$\sin x=\cos t$
\[ \int_0^{\frac{\pi}{2}}f(\sin x)\,dx=\int_{\frac{\pi}{2}}^0 f(\cos t)(-dt)=\int_0^{\frac{\pi}{2}}f(\cos t)\,dt \]
(2) $J=\displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}}\frac{\cos x}{\sin x+\cos x}\,dx$ とおく.(1) と同じおき換え $x=\dfrac{\pi}{2}-t$ をすると,$\sin x=\cos t$,$\cos x=\sin t$ であるから
\[ I=\int_{\frac{\pi}{2}}^0\frac{\cos t}{\cos t+\sin t}(-dt)=\int_0^{\frac{\pi}{2}}\frac{\cos t}{\sin t+\cos t}\,dt=J \]
一方 $I+J=\displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}}\frac{\sin x+\cos x}{\sin x+\cos x}\,dx=\frac{\pi}{2}$
よって $I=\dfrac{\pi}{4}$
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