大分大医数学'09[1]

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とおくとき、次の問いに答えよ。
(1) の値を求めよ。
(2) の値を求めよ。


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解答 被積分関数の中にnが出てくるので、定積分の漸化式を考えたくなりますが、(1)を見れば、もっと別のことを考えなければいけません。

(1)  (不定積分の公式を参照)
......[]
とおくと、
xのとき、θ (置換積分(その2)を参照)
......[]

(2) (1)の結果を見れば、を数列の一般項と見て漸化式を考えるのでは展望がないことは明らかです。かと言っての計算も展望がありません。
被積分関数の中に出てくるは、のときには、となりますが、のときにはとなるのでであり、とを分けて考える必要があることがわかります。そこで、積分区間をに分割して、
として考えることにします。
まず、ですが、においてなので、となりそうです。そこで、となるを探すことにします。つまり、となるで積分計算が簡単に行える形を考えます。
なので、です。よって、
のとき、
よって、はさみうちの原理より、
 ・・・@
次に、ですが、のときなので、となりそうです。そこで、となるを探すことになります。つまり、となるで積分計算が簡単に行える形を考えます。ここで、
ですが、なので、であれば容易に積分できます。において、
より、

よって、
のとき、
よって、はさみうちの原理より、
 ・・・A
@,Aより、
......[]
追記.本問では、全く意味がありませんが、を計算してみます。
とおいて、右辺を通分すると、



 (分数関数の積分を参照)

とおくと、

xのとき、θ,ただし、
以上より、



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