← 公開問題ストックに戻る
微分積分★★☆大学 ・ 教養数学

広義積分の計算(指数関数と三角関数の積)

by 匿名ユーザー

問題

広義積分 ∫0∞e−xsin⁡x dx\displaystyle\int_0^{\infty} e^{-x}\sin x\,dx の値を求めよ。

解答

12\dfrac{1}{2}

解説

部分積分を2回用いる方法で計算する。I=∫e−xsin⁡x dxI = \displaystyle\int e^{-x}\sin x\,dx とおくと、部分積分により I=−e−xsin⁡x+∫e−xcos⁡x dxI = -e^{-x}\sin x + \displaystyle\int e^{-x}\cos x\,dx となり、さらに部分積分を行うと ∫e−xcos⁡x dx=−e−xcos⁡x−∫e−xsin⁡x dx=−e−xcos⁡x−I\displaystyle\int e^{-x}\cos x\,dx = -e^{-x}\cos x - \displaystyle\int e^{-x}\sin x\,dx = -e^{-x}\cos x - I となる。これを代入すると I=−e−xsin⁡x−e−xcos⁡x−II = -e^{-x}\sin x - e^{-x}\cos x - I より 2I=−e−x(sin⁡x+cos⁡x)2I = -e^{-x}(\sin x+\cos x)、すなわち I=−12e−x(sin⁡x+cos⁡x)+CI = -\dfrac{1}{2}e^{-x}(\sin x + \cos x) + C を得る。したがって ∫0∞e−xsin⁡x dx=[−12e−x(sin⁡x+cos⁡x)]0∞=0−(−12)=12\displaystyle\int_0^{\infty} e^{-x}\sin x\,dx = \left[-\dfrac{1}{2}e^{-x}(\sin x+\cos x)\right]_0^{\infty} = 0 - \left(-\dfrac{1}{2}\right) = \dfrac{1}{2} である。

自己採点

印刷する
この問題を報告する(著作権侵害など)