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置換積分方

    わんこ わんわん (id: 3226) (2025年11月3日15:46)
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    t/(t+1)^2={1/t+1-1/(t+1)^2}の変形ってどうやって思いつくんですか?

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    回答

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2025年11月3日16:13)
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    わんこさん、こんにちは。 部分分数分解ですよ。 部分分数分解はわかりますか? 分母に2乗の因数があるときの分解の仕方は、たとえば $\dfrac{f(x)}{(x+1)(x+2)(x+3)^2}=\dfrac{A}{x+1}+\dfrac{B}{x+2}+\dfrac{C}{x+3}+\dfrac{D}{(x+3)^2}$ (f(x)は分母の次数より小さい次数の多項式、A,B,C,Dは実定数) というふうに分解すると、分子はどれも実数の定数として定めることができます。 定め方は普通の部分分数分解のときと同じです。分母をはらって適当な数を何個か代入するっていうやつです。 その問題では、 $\dfrac{t}{(t+1)^2}=\dfrac{A}{t+1}+\dfrac{B}{(t+1)^2}$ とおいて、A,Bを求めると、A=1、B=-1が求まります。 もし分母に3乗の因数があれば、たとえば $$\int \dfrac{x^2+x+1}{x^3+3x^2+3x+1} dx$$ だったら $\dfrac{x^2+x+1}{(x+1)^3}=\dfrac{A}{x+1}+\dfrac{B}{(x+1)^2}+\dfrac{C}{(x+1)^3}$ としてA,B,Cを求めれば部分分数分解完成で、積分が容易にできる形になります。 これで大丈夫ですか?部分分数分解のやりかたに不安があるようならさらに聞いてください。 ===================== 追記: この問題では分子に無理やりt+1を作ってやれば、特に部分分数分解を使わなくても行けますね。 $\dfrac{t}{(t+1)^2}=\dfrac{(t+1)-1}{(t+1)^2}=\dfrac{t+1}{(t+1)^2}-\dfrac{1}{(t+1)^2}=\dfrac{1}{t+1}-\dfrac{1}{(t+1)^2}$ これでどうですか?
    わんこ わんわん (id: 3226) (2025年11月3日16:44)
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    部分分数分解がよくわかってないと思います なぜ分母がt+1,(t+1)^2になるとわかるんですか?

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2025年11月3日18:07)
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    え~と、これは「わかる」のではなく、部分分数分解のテクニックなのです。 「このように分解できると設定すれば、分子は数になる」というのは。一般的に証明はできますが、それは知らなくても、実際問題としてそのように置いて計算を進めれば積分しやすい形になる(あるいは数列の和で使う時もありますが(途中が打ち消しあって消えて…っていうやつ))ので使います。分母に因数の2乗の形があるときは、分母がそのままのやつと2乗のやつの2つに分解すればうまくいくと覚えた方がいいです。そこさえ通過すれば、分子の求め方は普通のやり方でできますよ。

    くさぼうぼう : (id: 1236) (2025年11月3日18:15)
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    上の回答に追記しました。その方法でもいいです。これもよくやる考え方です。でも、部分分数分解のやり方は応用が利きますので理解しておいた方がいいと思います。

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