重要 例題 152 置換積分法を利用した定積分の等式の証明
f(x) は連続な関数, αは正の定数とする。
(1) 等式 Sof(x)dx=Sof(a-x)dx を証明せよ。
ex
(2)(1)の等式を利用して,定積分 Sox fea-xdx を求めよ。
基本 148 重要 153
指針 (1) a-x=t とおくと、置換積分法により証明できる。 なお,定積分の値は積分変数
の文字に無関係である。すなわち Sof(x)dx = Sof(t)dtに注意。
(2) f(x)=-
ex
extea-x
とすると,f(a-x)=
ea-x
ea-xtex
でありf(x)+f(a-x) = 1
このことと (1) の等式を利用して方程式を作る。
(1) α-x=t とおくと x=a-t
解答
ゆえに dx=-dt
x と tの対応は右のようになる。
x
0 →a
t
a → 0
f(x)dx=(左辺) total
a
(2)=Sox とし,f(x)=afeとする。(1)の
ex e a-x dx
よって (右辺)=Sof(a-x)dx=Sof(t) (-dt)=Sos(t)dt-S' f(x)dx
ると
ex
=Sf(x)dx
B定積分の値は積分
ex
変数の文字に無関係。
extea-x
等式 Sof(x)dx=Sof(a-x)dx から I=Sf(a-x)dx
また
f(x)+f(a-x)=-
ex
ea-x
(1)(2)の問題
結果の利用
+
extea-x
ea-x+ex
ゆえに
f(x)+f(a-x)=1
よって Sof(x)dx+S,s(a-x)dx=Sdx
extea-x
extea-x
·=1
<fidx は Sdx と書く。
ゆえに
I+I=a
したがって
a
◄Sdx= [x]=a
ペアを考えて利用する
検討(2)の解答では,(1)で示した等式Şf(x)dx=S。f(a-x)dx と関係式f(x)+f(a-x)=1の
力を借りて, 求めにくいf(x)=-
ex
ex+ea-x
の定積分を求めた。このように,f(x) だけでは
扱いにくくても,f(x) f(a-x) のペアを作ると扱いやすくなる場合があることを覚え
ておくとよい。
練習
(1) 演