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記事No.7567に関するスレッドです

定積分を含んだΣ計算 / Kay(高2女子)
 定積分と不等式の問題で、模範解答の指針、流れ等は理解できたのですが、1ヶ所計算が分からないというか、納得できないところがありました。
 なぜそうなるのかも含めて詳しく教えて頂きたいのですが、よろしくお願いいたします。

Σ[k=1,n]∫(k→k+1)(1/x)dx=∫(1→n+1)(1/x)dx・・・*

手書きでないので、Σとその始点、終点、∫とその下端、上端などが紛らわしくてすみません。

*の左辺は、
Σ1からnで∫下端k上端k+1で、エックス分の1をエックスで積分

*の右辺は、
∫下端1上端n+1で、エックス分の1をエックスで積分

なのです。

具体的には質問は
(1)特に、左辺の積分をΣ計算していることの意味が分かりません。
(2)左辺のΣ記号が、右辺ではなくなっているのはなぜですか。
(3)単純に、左辺のΣ計算の始点が1なので、右辺では下端のkが1に、
同様に、左辺のΣ計算の終点なnなので、右辺では上端のk+1がn+1に
なったと考えるのでしょうか。
(4)左辺、右辺の解釈はそれぞれ下記のように考えましたが、いかがでしょうか。
?@左辺は∫(k→k+1)(1/x)dxの部分は面積で、それをΣ計算すると始点1、終点nの範囲で、面積を足していっている。
?A右辺は下端1、上端n+1の積分区間で、(1/x)の面積を求めている。

No.7565 - 2009/08/21(Fri) 23:03:13

Re: 定積分を含んだΣ計算 / 七
1/x の不定積分のつは logx だから
(左辺)=(log2-log1)+(log3-log2)+…+(log(n+1)-logn)
=log(n+1)-log1=(右辺)
だと思います。

No.7566 - 2009/08/21(Fri) 23:43:34

Re: 定積分を含んだΣ計算 / angel
百聞は一見に如かず。図を描いてみましょう。

添付の図中 a[k] というのは、∫(k→k+1)(1/x)dx を表し、S[n]というのは、∫(1→n+1)(1/x)dx を表します。
そうすると、件の等式の左辺・右辺は、同じものを違う方法で表現していることが見てとれると思います。
添付の図中の表現を使えば、Σ[k=1,n]a[k]=a[1]+a[2]+…+a[n]=S[n] ですね。

質問の(4)は、このため、その認識で問題ないと思います。
(2),(3)に関しては、まあ、図の通りですね。
もともと、Σと∫は意味が似通っていますから、この例のように相互に遣り取りできる場合があります。
※Σは1個ずつ足す操作、∫は細切れにした極めて微小な塊を無限個足す操作、ということで、「足し合わせる」という意味合いでは似ているのです。

最後に(1)に関しては、元の問題が分からないとなんとも言えないところです。なぜ同じものに対して2通りの表現を行い、等式としたかについては。
ただ、問題としてありうるのは、各a[k]が 1/k>a[k] を満たすことを利用して、
 1/1+1/2+…+1/n>a[1]+a[2]+…+a[n]=∫(1→n+1)(1/x)dx
を示す、などが考えられます。つまりこの場合は、1/1〜1/nまでの分数の和と1〜n+1の定積分を比較する中間のものとして、a[k] ( 1ずつ区切った定積分 ) を利用する、という意図になります。

No.7567 - 2009/08/22(Sat) 00:35:17

Re: 定積分を含んだΣ計算 / Kay(高2女子)
七さん、angelさん、おはようございます。
夜遅くありがとうございました。
きちんと、しっかりとアドバイスを今後に生かしていきます。本当にありがとうございました!!

No.7571 - 2009/08/22(Sat) 07:38:06

Re: 定積分を含んだΣ計算 / Kay(高2女子)
七さんへ
左辺の積分の部分∫[k=1→k+1]を素直に積分して、[logx]を積分区間kからk+1で計算すると、log(k+1)-logkとなり、これを始点k=1から終点nでΣ計算すると、素直に右辺になるのですね。
簡潔で分かりやすくすっきりしました。ありがとうございました。

angelさんへ
詳しい解説だけではなく、わざわざグラフまで描いていただき感動しております。丁寧で分かりやすく納得しました。ありがとうございました。

No.7573 - 2009/08/22(Sat) 09:23:04

Re: 定積分を含んだΣ計算 / Kay(高2女子)
元の問題が分からないとなんとも言えないところです。というこのですが、ただ、問題としてありうるのは、、、、以下に示したいただいた問題が、実は質問させていただいた元の問題とまさに同様、定積分を用いた不等式の証明問題なのです。
ただただ、すごいなぁ!!の一言です。

No.7574 - 2009/08/22(Sat) 09:35:53