指数関数の定積分
ex は微分しても積分しても ex のままです1。その積分を計算します。
∫01exdx=[ex]01=e−1≈1.71828 原始関数が自分自身なので、面積は端の値の差だけで出ます。
面積の関数が同じ形
0 から x までの面積を F(x)=ex−1 と書くと、F のグラフは ex を下に 1 だけ動かした形です。ふつうは面積の関数はもとの関数と違う形になりますが、ex ではそれが起こりません。
面積が高さと同じ
−∞ から x までの面積を考えます。
∫−∞xetdt=[et]−∞x=ex 点 x における高さ ex とちょうど等しくなります。左へ伸ばした無限の帯の面積が有限に収まるのは、et が急速に 0 へ近づくからです。
主な積分
| 積分 | 結果 |
|---|
| ∫01exdx | e−1≈1.718 |
| ∫−∞xetdt | ex |
| ∫0∞e−xdx | 1 |
| ∫012xdx | log21≈1.443 |
指数関数の減り方が、無限の区間を有限の面積に閉じ込めます。底が e でない場合は係数がつき、微分のときに log2 が掛かったので、積分では割ることになります。
応用
応用では、この積分が量の総和として現れます。
- 放射性物質の崩壊で残る量
- コンデンサに流れ込む電気量
- 複利で積み上がる額
どれも変化の速さが量に比例する現象で、積分すると指数関数が顔を出します。
グラフの急に立ち上がる曲線が y=ex、それを下に 1 動かした曲線が面積を表す y=ex−1 で、大きな点は (0,1) と (1,e) です。
- Exponential function、Wikipedia