[2024年東京医科歯科大学数学第3問]3角関数のルートを分母にもつ定積分
[2024年東京医科歯科大学数学第3問]3角関数のルートを分母にもつ定積分
次の定積分をせよ。
\[ \int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{\sin x}{1+\sqrt{\sin2x}}dx=? \]
次の定積分をせよ。
\[ \int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{\sin x}{1+\sqrt{\sin2x}}dx=? \]
\begin{align*}
\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{\sin x}{1+\sqrt{\sin2x}}dx & =\frac{1}{2}\left(\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{\sin x}{1+\sqrt{\sin2x}}dx+\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{\sin\left(\frac{\pi}{2}-x\right)}{1+\sqrt{\sin\left(2\left(\frac{\pi}{2}-x\right)\right)}}dx\right)\cmt{\because\text{キングプロパティー}}\\
& =\frac{1}{2}\left(\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{\sin x}{1+\sqrt{\sin2x}}dx+\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{\sin\left(\frac{\pi}{2}-x\right)}{1+\sqrt{\sin\left(\pi-2x\right)}}dx\right)\\
& =\frac{1}{2}\left(\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{\sin x}{1+\sqrt{\sin2x}}dx+\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{\cos x}{1+\sqrt{\sin2x}}dx\right)\\
& =\frac{1}{2}\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{\sin x+\cos x}{1+\sqrt{\sin2x}}dx\\
& =\frac{1}{2}\int_{-1}^{1}\frac{1}{1+\sqrt{1-t^{2}}}dt\cmt{t=-\cos x+\sin x,dt=\left(\sin x+\cos x\right)dx,t^{2}=1-\sin2x}\\
& =\int_{0}^{1}\frac{1}{1+\sqrt{1-t^{2}}}dt\\
& =\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{1}{1+\sqrt{1-\sin^{2}\theta}}\cos\theta d\theta\cmt{t=\sin\theta}\\
& =\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\frac{\cos\theta}{1+\cos\theta}d\theta\\
& =\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\left(1-\frac{1}{1+\cos\theta}\right)d\theta\\
& =\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\left(1-\frac{1}{2\cos^{2}\frac{\theta}{2}}\right)d\theta\\
& =\left[\theta-\tan\frac{\theta}{2}\right]_{0}^{\frac{\pi}{2}}\\
& =\frac{\pi}{2}-\tan\frac{\pi}{4}\\
& =\frac{\pi}{2}-1
\end{align*}
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タイトル | [2024年東京医科歯科大学数学第3問]3角関数のルートを分母にもつ定積分 |
URL | https://www.nomuramath.com/celru1en/ |
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