このページは、数研出版:新編数学Ⅲ[710]
第5章 積分法とその応用
第5章 積分法とその応用
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新編数学Ⅲ 第1章 関数
新編数学Ⅲ 第2章 極限
新編数学Ⅲ 第3章 微分法
新編数学Ⅲ 第4章 微分法の応用
新編数学Ⅲ 第5章 積分法とその応用
第5章 積分法とその応用
第1節 不定積分
p.139 練習1\(C\) を積分定数とする$${\small (1)}~\frac{\,1\,}{\,6\,}x^6+C$$$${\small (2)}~-\frac{\,1\,}{\,2x^2\,}+C$$$${\small (3)}~\frac{\,3\,}{\,4\,}x^{\frac{\,4\,}{\,3\,}}+C$$$${\small (4)}~\frac{\,3\,}{\,2\,}x^{\frac{\,2\,}{\,3\,}}+C$$$${\small (5)}~\frac{\,4\,}{\,5\,}x^{\frac{\,5\,}{\,4\,}}+C=\frac{\,4\,}{\,5\,}x\sqrt[\large 4]{x}+C$$$${\small (6)}~2\sqrt{x}+C$$
p.140 練習2\(C\) を積分定数とする$${\small (1)}~\log_{}|x|+\frac{\,4\,}{\,x\,}-\frac{\,1\,}{\,2x^2\,}+C$$$${\small (2)}~x+\frac{\,5\,}{\,x\,}-\frac{\,2\,}{\,x^3\,}+C$$$${\small (3)}~\frac{\,2\,}{\,3\,}x\sqrt{x}+4\sqrt{x}+C$$$${\small (4)}~x-4\sqrt{x}+\log_{}x+C$$$${\small (5)}~-\frac{\,1\,}{\,y\,}-\log_{}|y|-y+C$$$${\small (6)}~\frac{\,9\,}{\,5\,}t^5-3t^2-\frac{\,1\,}{\,t\,}+C$$
p.141 練習3\(C\) を積分定数とする$${\small (1)}~\sin{x}+2\cos{x}+C$$$${\small (2)}~2\sin{x}-\tan{x}+C$$$${\small (3)}~-\tan{\theta}+C$$$${\small (4)}~2\sin{\theta}+\cos{\theta}+C$$$${\small (5)}~\frac{\,5^x\,}{\,\log_{}5\,}+C$$$${\small (6)}~\frac{\,3^x\,}{\,\log_{}3\,}-2e^x+C$$
p.142 練習4\(C\) を積分定数とする$${\small (1)}~\frac{\,1\,}{\,15\,}(3x+1)^5+C$$$${\small (2)}~-\frac{\,1\,}{\,8\,}(4x-3)^{-2}+C$$$${\small (3)}~-\sqrt{1-2x}+C$$$${\small (4)}~\frac{\,1\,}{\,2\,}\log_{}|2x+1|+C$$$${\small (5)}~-\frac{\,1\,}{\,2\,}\cos{2x}+C$$$${\small (6)}~\frac{\,1\,}{\,3\,}e^{3x-1}+C$$
p.143 練習5\(C\) を積分定数とする$${\small (1)}~\frac{\,1\,}{\,15\,}(3x+1)(2x-1)\sqrt{2x-1}+C$$$${\small (2)}~\frac{\,2\,}{\,3\,}(x-2)\sqrt{x+1}+C$$
p.144 練習6\(C\) を積分定数とする$${\small (1)}~\frac{\,2\,}{\,9\,}(x^3+2)\sqrt{x^3+2}+C$$$${\small (2)}~\frac{\,1\,}{\,4\,}\sin^4{x}+C$$$${\small (3)}~\frac{\,1\,}{\,2\,}(\log_{}x)^2+C$$
p.145 練習7\(C\) を積分定数とする$${\small (1)}~\log_{}|x^2+x-1|+C$$$${\small (2)}~\log_{}(e^x+1)+C$$$${\small (3)}~\log_{}|\sin{x}|+C$$
p.146 練習8\(C\) を積分定数とする$${\small (1)}~-x\cos{x}+\sin{x}+C$$$${\small (2)}~(x-1)e^x+C$$
p.146 練習9\(C\) を積分定数とする$${\small (1)}~x\log_{}2x-x+C$$$${\small (2)}~x\log_{}x^2-2x+C$$$${\small (3)}~\frac{\,1\,}{\,2\,}x^2\log_{}x-\frac{\,1\,}{\,4\,}x^2+C$$
p.147 練習10$$~~~a=-1~,~b=2$$\(C\) を積分定数とする$$~~~\log_{}\frac{\,(x+2)^2\,}{\,|x+1|\,}+C$$
p.147 練習11\(C\) を積分定数とする$${\small (1)}~\frac{\,1\,}{\,2\,}x^2-2x+3\log_{}|x+2|+C$$$${\small (2)}~x^2+x+\frac{\,1\,}{\,2\,}\log_{}|2x-1|+C$$$${\small (3)}~\log_{}\left| \frac{\,x-1\,}{\,x+2\,} \right|+C$$
p.148 練習12\(C\) を積分定数とする$${\small (1)}~\frac{\,1\,}{\,2\,}x+\frac{\,1\,}{\,4\,}\sin{2x}+C$$$${\small (2)}~\frac{\,1\,}{\,2\,}x-\frac{\,1\,}{\,12\,}\sin{6x}+C$$$${\small (3)}~-\frac{\,1\,}{\,4\,}\cos{2x}+C=\frac{\,1\,}{\,2\,}\sin^2{x}+C$$$${\small (4)}~\frac{\,1\,}{\,10\,}\sin{5x}+\frac{\,1\,}{\,2\,}\sin{x}+C$$$${\small (5)}~-\frac{\,1\,}{\,8\,}\sin{4x}+\frac{\,1\,}{\,4\,}\sin{2x}+C$$
第2節 定積分
p.151 練習13$${\small (1)}~\frac{\,1\,}{\,2\,}$$$${\small (2)}~\frac{\,45\,}{\,4\,}$$$${\small (3)}~1$$$${\small (4)}~e-1$$$${\small (5)}~-\log_{}2$$$${\small (6)}~\frac{\,3\,}{\,2\log_{}2\,}$$
p.151 練習14$${\small (1)}~\frac{\,2\,}{\,3\,}(3\sqrt{3}-2\sqrt{2})$$$${\small (2)}~10$$$${\small (3)}~0$$$${\small (4)}~0$$$${\small (5)}~\pi$$$${\small (6)}~\frac{\,2\,}{\,3\,}$$
p.152 練習15$${\small (1)}~2$$$${\small (2)}~e^2+\frac{\,1\,}{\,e\,}-3$$
p.154 練習16$${\small (1)}~\frac{\,1\,}{\,42\,}$$$${\small (2)}~\frac{\,256\,}{\,15\,}$$
p.154 練習17$${\small (1)}~\frac{\,\pi\,}{\,4\,}$$$${\small (2)}~\frac{\,9\,}{\,2\,}\pi$$$${\small (3)}~\pi+\sqrt{3}$$$${\small (4)}~\frac{\,\pi\,}{\,6\,}$$
p.155 練習18$${\small (1)}~\frac{\,\pi\,}{\,3\,}$$$${\small (2)}~\frac{\,\pi\,}{\,4\,}$$
p.156 練習19 偶関数 ②
奇関数 ①、③
奇関数 ①、③
p.157 練習20$${\small (1)}~36$$$${\small (2)}~0$$$${\small (3)}~0$$$${\small (4)}~\frac{\,\pi\,}{\,2\,}$$
p.157 練習21$${\small (1)}~\pi$$$${\small (2)}~1$$$${\small (3)}~2\log_{}2-\frac{\,3\,}{\,4\,}$$
p.158 練習22$${\small (1)}~\sin{x}$$$${\small (2)}~x\log_{}x$$
p.158 練習23$$~~~G'(x)=e^x-1~,~G'{}'(x)=e^x$$
p.159 練習24[証明] $$\begin{eqnarray}~~~T_n&=&0\cdot\frac{\,1\,}{\,n\,}+\left(\frac{\,1\,}{\,n\,}\right)^2\cdot\frac{\,1\,}{\,n\,}\\[3pt]~~~&~&~~~~+\left(\frac{\,2\,}{\,n\,}\right)^2\cdot\frac{\,1\,}{\,n\,}+\cdots\\[3pt]~~~&~&~~~~~~\cdots+\left(\frac{\,n-1\,}{\,n\,}\right)^2\cdot\frac{\,1\,}{\,n\,}\\[3pt]~~~&=&\frac{\,1\,}{\,n^3\,}\{1^2+2^2+\cdots+(n-1)^2\}\\[3pt]~~~&=&\frac{\,1\,}{\,n^3\,}\sum_{k=1}^{n-1}k^2\\[3pt]~~~&=&\frac{\,1\,}{\,n^3\,}\cdot\frac{\,1\,}{\,6\,}(n-1)n(2n-1)\\[3pt]~~~&=&\frac{\,1\,}{\,6\,}\left(1-\frac{\,1\,}{\,n\,} \right)\left(2-\frac{\,1\,}{\,n\,} \right)\end{eqnarray}$$これより、$$~~~\lim_{n \to \infty}T_n=\frac{\,1\,}{\,6\,}(1-0)(2-0)=\frac{\,1\,}{\,3\,}=S$$[終]
p.161 練習25$$~~~\frac{\,1\,}{\,5\,}$$
p.162 練習26\({\small (1)}~\)[証明] \(x≧0\) のとき、$$~~~x+1≦x^2+x+1$$したがって、$$~~~\frac{\,1\,}{\,x+1\,}≧\frac{\,1\,}{\,x^2+x+1\,}$$[終]
\({\small (2)}~\)[証明] \({\small (1)}\) の不等式の等号は常には成り立たないので、$$~~~\int_{0}^{1} \frac{\,1\,}{\,x+1\,} dx > \int_{0}^{1} \frac{\,1\,}{\,x^2+x+1\,}dx$$ここで、$$~~\int_{0}^{1} \frac{\,1\,}{\,x+1\,} dx=\left[ \log_{}|x+1| \right]_{0}^{1}=\log_{}2$$したがって、$$~~~\log_{}2 > \int_{0}^{1} \frac{\,1\,}{\,x^2+x+1\,}dx$$[終]
\({\small (2)}~\)[証明] \({\small (1)}\) の不等式の等号は常には成り立たないので、$$~~~\int_{0}^{1} \frac{\,1\,}{\,x+1\,} dx > \int_{0}^{1} \frac{\,1\,}{\,x^2+x+1\,}dx$$ここで、$$~~\int_{0}^{1} \frac{\,1\,}{\,x+1\,} dx=\left[ \log_{}|x+1| \right]_{0}^{1}=\log_{}2$$したがって、$$~~~\log_{}2 > \int_{0}^{1} \frac{\,1\,}{\,x^2+x+1\,}dx$$[終]
p.163 練習27[証明] 自然数 \(k\) について、\(k≦x≦k+1\) とすると、$$~~~\frac{\,1\,}{\,k\,}≧\frac{\,1\,}{\,x\,}$$等号は常に成り立たないので、$$~~~\frac{\,1\,}{\,k\,}> \int_{k}^{k+1}\frac{\,1\,}{\,x\,}dx$$これより、\(n≧2\) のとき、$$~~~\sum_{k=1}^{n}\frac{\,1\,}{\,k\,}> \sum_{k=1}^{n}\int_{k}^{k+1}\frac{\,1\,}{\,x\,}dx$$左辺は、$$~~~\sum_{k=1}^{n}\frac{\,1\,}{\,k\,}=\frac{\,1\,}{\,2\,}+\frac{\,1\,}{\,3\,}+\cdots+\frac{\,1\,}{\,n\,}$$右辺は、$$\begin{split}&\sum_{k=1}^{n}\int_{k}^{k+1}\frac{\,1\,}{\,x\,}dx\\[3pt]~~=~&\int_{1}^{n+1}\frac{\,1\,}{\,x\,}dx\\[3pt]~~=~&\left[ \log_{}x \right]_{1}^{n+1}=\log_{}(n+1)\end{split}$$したがって、$$~~~1+\frac{\,1\,}{\,2\,}+\frac{\,1\,}{\,3\,}+\cdots+\frac{\,1\,}{\,n\,}> \log_{}(n+1)$$[終]
第3節 積分法の応用
p.166 練習28$${\small (1)}~1$$$${\small (2)}~\frac{\,14\,}{\,3\,}$$
p.167 練習29$$~~~2-\frac{\,1\,}{\,\sqrt{2}\,}$$
p.168 練習30$${\small (1)}~\frac{\,1\,}{\,3\,}$$$${\small (2)}~\frac{\,15\,}{\,8\,}-2\log_{}2$$
p.169 練習31$${\small (1)}~\frac{\,14\,}{\,3\,}$$$${\small (2)}~\frac{\,125\,}{\,6\,}$$
p.170 練習32$$~~~\frac{\,\sqrt{2}\,}{\,4\,}\pi$$
p.171 練習33$$~~~\frac{\,2\,}{\,3\,}$$
p.173 練習34[証明]
この角錐の頂点から底面に垂線を下ろし、これを \(x\) 軸として、頂点を原点にとる
座標が \(x\) である点を通り、\(x\) 軸に垂直な平面で角錐を切ったときの断面積を \(S(x)\) とする
この断面は底面と相似な多角形で。相似比は \(x:h\) であるから、面積比は2乗の比となり、$$~~~S(x):S=x^2:h^2$$これより、$$~~~S(x)=\frac{\,S\,}{\,h^2\,}x^2$$したがって、$$\begin{eqnarray}~~~V&=&\int_{0}^{h}\frac{\,S\,}{\,h^2\,}x^2 \,dx\\[3pt]~~~&=&\frac{\,S\,}{\,h^2\,}\left[ \frac{\,x^3\,}{\,3\,} \right]_{0}^{h}\\[3pt]~~~&=&\frac{\,S\,}{\,h^2\,}\cdot\frac{\,h^3\,}{\,3\,}\\[3pt]~~~&=&\frac{\,1\,}{\,3\,}Sh\end{eqnarray}$$[終]
p.174 練習35$$~~~\frac{\,2\,}{\,3\,}a^3$$
p.175 練習36$${\small (1)}~\frac{\,16\,}{\,15\,}\pi$$$${\small (2)}~\frac{\,1\,}{\,2\,}\pi^2$$
p.176 練習37$$~~~\frac{\,4\,}{\,3\,}\pi ab^2$$
p.176 練習38$$~~~\frac{\,108\,}{\,5\,}\pi$$
p.177 練習39$$~~~\frac{\,e^2+1\,}{\,2\,}\pi$$
p.177 練習40$${\small (1)}~\frac{\,9\,}{\,2\,}\pi$$$${\small (2)}~\frac{\,\pi\,}{\,5\,}$$
p.178 練習41$$~~~5$$
p.179 練習42$$~~~2$$
p.181 練習43$$~~~\sqrt{1+\pi^2}\left(1-\frac{\,1\,}{\,e^2\,} \right)$$
p.183 練習44$$~~~16$$
p.183 練習45$$~~~\frac{\,335\,}{\,27\,}$$
p.188 研究 練習1 \(y=Ae^{x^2}\)
ただし、\(A\) は任意の定数
ただし、\(A\) は任意の定数