[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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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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