置換でもとの積分を再び作り出して値を求める(B)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 置換でもとの積分を再び作り出して値を求める(A) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
\begin{enumerate}
\item[(1)] $f(x)$ は連続な偶関数で,$a>0$ とする.$\displaystyle\int_{-a}^a\frac{f(x)}{1+e^x}\,dx=\int_0^af(x)\,dx$ を示せ.
\item[(2)] $\displaystyle\int_{-1}^1\frac{x^2}{1+e^x}\,dx$ を求めよ.
\end{enumerate}
(1) $I=\displaystyle\int_{-a}^a\frac{f(x)}{1+e^x}\,dx$ とおく.$x=-t$ とおくと $dx=-dt$.$x:-a\to a$ のとき $t:a\to -a$ で,$f(x)$ は偶関数であるから $f(-t)=f(t)$
\[ I=\int_a^{-a}\frac{f(t)}{1+e^{-t}}(-dt)=\int_{-a}^a\frac{f(t)}{1+e^{-t}}\,dt=\int_{-a}^a\frac{e^tf(t)}{e^t+1}\,dt \]
よって,もとの式と辺々加えると
\[ 2I=\int_{-a}^a\frac{(1+e^x)f(x)}{1+e^x}\,dx=\int_{-a}^af(x)\,dx=2\int_0^af(x)\,dx \]
したがって $I=\displaystyle\int_0^af(x)\,dx$
(2) $f(x)=x^2$ は偶関数であるから,(1) より $\displaystyle\int_0^1x^2\,dx=\frac{1}{3}$
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