高校3年生の問題です。
(問題)∫[−π,π]sinx*cos2xdx の値を求めよ。
(解答)0
学校では「この定積分は奇関数だから答えは0」 とだけ説明されました。 確かにx^1,x^3,x^5やcosx等といったグラフは 公式に当てはめれば0なのは理解できますが、 この定積分は具体的なグラフが思いつかず、 奇関数だと見抜けませんでした。
実際に計算をして解を出そうとしましたが 途中で行き詰まり自力で答えが出せませんでした。
∫[−π,π]sinx(2cos^2x−1)dx =−cosx(2cos^2x−1) −∫[−π,π](−cosx)(2*1+cos2x/2−1)dx =−2cos^3x+cosx(←次の等号以降省略します) −∫[−π,π](−cosx)(cos2x)'dx =−∫[−π,π](−cosx)*1/2(−sin2x)dx =−∫[−π,π]1/2*sin2xcosxdx =−∫[−π,π]1/2*2sinxcosx*cosxdx =−∫[−π,π]sinx(cos^2x) =−∫[−π,π]sinx(1−sin^2x) 何度やってもここから先が続きません。 どこが考え方として間違っているのでしょうか。
|
No.1588 - 2008/07/15(Tue) 13:08:04
| ☆ Re: 定積分 / ヨッシー | | | まず、奇関数かどうかは f(-x)=-f(x) が成り立つかどうかで分かります。 f(x)=sinxcos2x とおくと、 f(-x)=sin(-x)cos(-2x)=-sinxcos2x=-f(x) より、明らかです。
じかに解こうとするなら、置換積分で、u=cosx とおくと、 du=-sinxdx -π≦x≦0 は、-1≦u≦1 に対応 0≦x≦π は、1≧u≧-1 に対応 より、 ∫[-π,π]sinxcos2xdx=∫[-π,π](-sinx)(1-2cos^2x)dx =∫[-1,1](1-2u^2)du+∫[1,-1](1-2u^2)du=0
-π≦x≦π で、一気に =∫[-1,-1](1-2u^2)du=0 としても、良いでしょう。
|
No.1589 - 2008/07/15(Tue) 14:08:56 |
| ☆ Re: 定積分 / 豆 | | | 奇関数を見つけるにしろ、直に解くにしろ、積和公式で sinx・cos(2x)=(1/2)(sin(3x)-sinx) とするのは如何ですか?
|
No.1590 - 2008/07/15(Tue) 14:32:04 |
| ☆ 回答ありがとうございます! / 白梅 | | | ヨッシー様、豆様、素早い回答 並びに分かりやすい解説ありがとうございます!^^
まだ解き直しをして答えを得られてはいませんが、 この問題煮対して色々な解き方が 出来る事を知る事が出来た他に、 奇関数の定理の内容のおさらいをする事ができ、 質問して本当に良かったなと思います。^^ ヨッシー様、豆様の仰るそれぞれの解き方で 解答が0になる事が出来たらまたレスします。
本当にありがとうございました!^^
|
No.1605 - 2008/07/16(Wed) 00:36:19 |
| ☆ 質問させて下さい。 / 白梅 | | | 今日学校の休み時間にもう一度解き直してみました。 豆様の仰る方法では回答を無事出す事が出来ました。 しかしヨッサー様の仰る方法ですると どうしても2/3という答えが出てしまいます。 計算としては、
∫[-1,1](1-2u^2)du =[u−2/3u^3][-1,1] =(1−2/3)−(−1+2/3) =1/3+1/3=2/3
どこが間違っているのでしょうか。 よろしくお願いします。、
|
No.1619 - 2008/07/16(Wed) 17:02:57 |
| ☆ Re: 定積分 / ヨッシー | | | ∫[-1,1](1-2u^2)du だけではそうかも知れませんが、 ∫[1,-1](1-2u^2)du との和ですから、互いに打ち消しあって、 0になります。
また、 ∫[-1,-1](1-2u^2)du は、積分範囲の上と下が同じなので、0です。
|
No.1620 - 2008/07/16(Wed) 18:15:03 |
| ☆ ありがとうございました^^ / 白梅 | | | ページが下の方になってしまったにも関わらず、 素早い回答ありがとうございます^^
積分範囲が置換積分で変わった後に 式の積分区間が−符号をつける事によって 逆転する事をうっかり忘れていました。 ヨッシー様の仰る2通りとも0という解答を やっと得ることが出来ました。^^ 本当に嬉しいです^^ ありがとうございました!
追伸:ヨッシー様のお名前を間違えて 大変申し訳ありません。 以後プレビューをしてから投稿をする事を心がけます。
また機会があればよろしくお願いします^^
|
No.1621 - 2008/07/16(Wed) 19:20:20 |
|