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    [数Ⅲ]不定積分の計算(sin x の積分)

    問題 [目標10分]

    (1) \(\displaystyle\int\sin{x}dx\)

    (2) \(\displaystyle\int\sin^2{x}dx\)

    (3) \(\displaystyle\int\sin^3{x}dx\)

    (4) \(\displaystyle\int\sin^4{x}dx\)

    2乗,3乗,4乗で計算の仕方が異なるよ.確認しておこう

    【解答】\(C\) は積分定数

    (1) \(\displaystyle\int\sin{x}dx=-\cos{x}+C\)

    (2) \(\displaystyle\int\sin^2{x}dx\)

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

    \(\displaystyle=\frac{1}{2}(x-\frac{1}{2}\sin{2x})+C\)

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

    (3) \(\displaystyle\int\sin^3{x}dx\)

    \(\displaystyle=\int\sin^2{x}・\sin{x}dx\)

    \(\displaystyle=\int(1-\cos^2{x})・(-\cos{x})’dx\)

    \(\displaystyle=\int\lbrace(-\cos{x})’+\cos^2{x}(\cos{x})’\rbrace dx\)

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

    (4) \(\displaystyle\int\sin^4{x}dx\)

    \(\displaystyle=\int(\sin^2{x})^2dx\)

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

    ここで括弧の中を展開します

    \(\displaystyle=\int\frac{1}{4}(1-2\cos{2x}+\cos^2{2x})dx\)

    \(\displaystyle=\int\frac{1}{4}(1-2\cos{2x}+\frac{1+\cos{4x}}{2})dx\)

    \(\displaystyle=\frac{1}{4}\lbrace x-\sin{2x}+\frac{1}{2}(x+\frac{1}{4}\sin{4x})+C\rbrace\)

    積分定数に数をかけても積分定数は\(C\) のままです

    \(\displaystyle=\frac{3}{8}x-\frac{1}{4}\sin{2x}+\frac{1}{32}\sin{4x}+C\)

    POINT

    ⇒ 公式利用

    (2) \(\displaystyle\int\sin^2{x}dx\)

    ⇒\(\displaystyle\sin^2{x}=\frac{1}{2}(1-\cos{2x})\)の利用

    (3) \(\displaystyle\int\sin^3{x}dx\)

    ⇒\(\displaystyle\sin^2{x}・\sin{x}=(1-\cos^2{x})・(-\cos{x})’\)の式変形

    (4) \(\displaystyle\int\sin^4{x}dx\)

    ⇒\(\displaystyle(\sin^2{x})^2=\lbrace\frac{1}{2}(1-\cos{2x})\rbrace ^2\)の利用

    すなわち, (3) の3 乗だけ他と解き方が異なります。

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