積分 ∫(x² + x – 3)/(x² – 2x + 2)dx の解法

大学数学

大学数学の積分問題「∫(x² + x – 3)/(x² – 2x + 2)dx」の解法を解説します。この積分を解くためには、分数式を分解し、適切な手法を使うことが重要です。この記事では、詳しいステップと解法を紹介します。

積分の問題の整理

与えられた積分式は、次のようになっています。

∫(x² + x – 3)/(x² – 2x + 2)dx

まず、分子と分母の式を整理し、積分のアプローチを考えます。分母の式「x² – 2x + 2」は平方完成して、解きやすい形にできます。

分母の平方完成

分母「x² – 2x + 2」を平方完成します。平方完成の手順は次のように進めます。

x² – 2x + 2 = (x – 1)² + 1

これにより、分母は「(x – 1)² + 1」という形になり、積分を解く準備が整います。

積分の変数変換

次に、変数変換を行います。u = x – 1 とおくと、du = dx となり、積分式は次のように変形できます。

∫(x² + x – 3)/(x² – 2x + 2)dx = ∫(u² + 3u – 2)/((u² + 1))du

分子を分解する

次に、分子「u² + 3u – 2」を部分分数分解します。部分分数分解を行うことで、積分しやすい形に分けます。

u² + 3u – 2 = (u + 1)(u + 2)

これにより、積分式は次のように分解できます。

∫(u + 1)(u + 2)/(u² + 1)du

積分の計算

最終的な積分式を計算するために、部分分数分解を使って積分を行います。分解後の式に適用して、解を求めます。

このようにして、積分を実行し、最終的な解を得ることができます。

まとめ

この積分問題は、平方完成、変数変換、部分分数分解を適切に使うことで解くことができます。数学的な手法を理解し、実際に積分を解いてみることで、計算力を高めることができます。

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