部分積分で定積分の漸化式を導き値を求める(A)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/26
🔁 類題: 部分積分で定積分の漸化式を導き値を求める(B) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
$I_n=\displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}}\sin^nx\,dx\ (n=0,\,1,\,2,\,\cdots)$ とする.
\begin{enumerate}
\item[(1)] $n\geqq 2$ のとき,$I_n=\dfrac{n-1}{n}I_{n-2}$ を示せ.
\item[(2)] $I_5$,$I_6$ を求めよ.
\end{enumerate}
(1) $n\geqq 2$ のとき,$\sin^nx=\sin^{n-1}x\cdot\sin x$ として部分積分法を用いると
\[ I_n=\Bigl[-\sin^{n-1}x\cos x\Bigr]_0^{\frac{\pi}{2}}+(n-1)\int_0^{\frac{\pi}{2}}\sin^{n-2}x\cos^2x\,dx \]
第 1 項は $0$ で,$\cos^2x=1-\sin^2x$ より
\[ I_n=(n-1)(I_{n-2}-I_n) \]
よって $nI_n=(n-1)I_{n-2}$ すなわち $I_n=\dfrac{n-1}{n}I_{n-2}$
(2) $I_0=\dfrac{\pi}{2}$,$I_1=\displaystyle\int_0^{\frac{\pi}{2}}\sin x\,dx=1$ であるから
\[ I_5=\frac{4}{5}\cdot\frac{2}{3}\cdot I_1=\frac{8}{15},\qquad I_6=\frac{5}{6}\cdot\frac{3}{4}\cdot\frac{1}{2}\cdot I_0=\frac{5}{32}\pi \]
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