[数Ⅲ]基本の不定積分 その2(展開する)

問題 [目標15分]

次の不定積分を求めよ.

(1) \(\displaystyle\int \frac{(\sqrt{x}+1)^{2}}{x}dx\)

(2) \(\displaystyle\int\sqrt{x}(x-1)^{2}dx\)

(3) \(\displaystyle\int\frac{(x-2)^{2}}{x^{4}}\)

(4) \(\displaystyle\int \left(\frac{x-1}{x}\right)^{2}dx\)

(5) \(\displaystyle\int\frac{(\sqrt{x}+2)^{2}}{x^{2}}dx\)

(6) \(\displaystyle\int\left( x+\frac{1}{x}\right)^{3}dx\)

分子の式を展開した後,分母と割り算をすることで積分しやすくしましょう(分子の次数を下げます)
式によっては,展開する前に分子で割り算できれば,最初に割り算をしているものもあります。

【解答】\(C\) は積分定数

(1) \(\displaystyle\int \frac{(\sqrt{x}+1)^{2}}{x}dx\)

\(\displaystyle=\int \frac{(x+2\sqrt{x}+1)}{x}dx\)

\(\displaystyle=\int (1+2x^{-\frac{1}{2}}+x^{-1})dx\)

\(\displaystyle=x+4x^{\frac{1}{2}}+\log|x|+C\)

(2) \(\displaystyle\int\sqrt{x}(x-1)^{2}dx\)

\(\displaystyle=\int \frac{(\sqrt{x}+1)^{2}}{x}dx\)

\(\displaystyle=\int (x^{\frac{5}{2}}-2x^{\frac{3}{2}}+x^{\frac{1}{2}})dx\)

\(\displaystyle=\frac{2}{7}x^{\frac{7}{2}}-\frac{4}{5}2x^{\frac{5}{2}}+\frac{2}{3}x^{\frac{3}{2}}+C\)

(3) \(\displaystyle\int\frac{(x-2)^{2}}{x^{4}}\)

\(\displaystyle=\int\frac{x^{2}-4x+4}{x^{4}}dx\)

\(\displaystyle=\int x^{-2}-4x^{-3}+4x^{-4}dx\)

\(\displaystyle=-x^{-1}-4・(-\frac{1}{2})x^{-2}+(-\frac{4}{3})x^{-3}+C\)

\(\displaystyle=-x^{-1}+2x^{-2}-\frac{4}{3}x^{-3}+C\)

(4) \(\displaystyle\int \left(\frac{x-1}{x}\right)^{2}dx\)

\(\displaystyle=\int(1-\frac{1}{x})^{2}dx\)

\(\displaystyle=\int(1-\frac{2}{x}+x^{-2})dx\)

\(\displaystyle=x-2\log|x|-x^{-1}+C\)

(5) \(\displaystyle\int\frac{(\sqrt{x}+2)^{2}}{x^{2}}dx\)

\(\displaystyle=\int\frac{(x\sqrt{x}+6x+12\sqrt{x}+8}{x^{2}}dx\)

\(\displaystyle=\int(x^{-\frac{1}{2}}+6x^{-1}+12x^{\frac{-3}{2}}+8x^{-2})dx\)

\(\displaystyle=2x^{\frac{1}{2}}+6\log|x|+12(-2)x^{-\frac{1}{2}}+8(-1)x^{-1}+C\)

\(\displaystyle=2x^{\frac{1}{2}}+6\log|x|-24x^{-\frac{1}{2}}-8x^{-1}+C\)

(6) \(\displaystyle\int\left( x+\frac{1}{x}\right)^{3}dx\)

\(\displaystyle=\int(x^{3}+3x+3x^{-1}+x^{-3})dx\)

\(\displaystyle=\frac{1}{4}x^{4}+\frac{3}{2}x^{2}+3\log|x|-\frac{1}{2}x^{-2}+C\)

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この記事を書いた人

数学講師10年以上。大学入試、高校数学問題の「練習」によければつかってください!記事中の間違え、計算ミスやわかりにくい所はお問い合わせからご指摘いただければ幸いです。お気軽にご連絡ください。

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