三角関数の定積分
sinx の原始関数は −cosx です。それを使って、正弦曲線の 1 つの山の面積を求めます。
∫0πsinxdx=[−cosx]0π=−(−1)−(−1)=2 面積は 2 です。山の高さが 1、幅が π≈3.14 なので、同じ幅と高さの長方形の面積 π に対して π2≈0.64 倍ということになります。正弦の山は、長方形の 6 割ほどを埋めます。
符号に注意
| 関数 | 原始関数 |
|---|
| sinx | −cosx |
| cosx | sinx |
(−cosx)′=sinx なので原始関数は −cosx で、cosx ではありません。微分のときに cos から −sin へ符号がつくことの裏返しです。
1 周期では 0
∫02πsinxdx=[−cosx]02π=−1−(−1)=0 0 になるのは、π から 2π の谷が x 軸の下にあって、負に数えられるからです。
| 区間 | 定積分 | 面積 |
|---|
| 0 から π | 2 | 2 |
| π から 2π | −2 | 2 |
| 0 から 2π | 0 | 4 |
面積として 4 を求めたいなら、∣sinx∣ を積分するか、山 1 つ分の 2 を 2 倍します。
原始関数のグラフで読む
y=−cosx の傾きは、x=0 で 0、x=2π で 1、x=π で 0 と変わり、これは sinx の値そのものです。sin が正の区間で −cos は増加し、sin が負の区間で減少します。
−cos0=−1 から −cosπ=1 までの増加分 2 が、そのまま面積になっています。定積分が原始関数の差であることが、2 つのグラフの間で見て取れます。
グラフの波が y=sinx、それより 2π 遅れた波が原始関数 y=−cosx で、大きな点は積分の両端です。