ヒストリア294981 views
高校日本史191026 views
りんご220229 views
中学英語813624 views
雑学1474218 views
Computer370048 views
MathPython501700 views
世界の国567435 views
中学社会670081 views
小学理科721729 views
Help
Tools

English

定積分の上端と下端の入れかえと符号〜端が同じなら 0

は です。中身が何であっても、上端と下端が同じなら値は になる。

理由は定積分の定義にあります。 の不定積分を とすると、定積分は の差でした。

のところに を入れると です。同じものを引くので になる。

上端と下端を入れかえると符号が変わる

同じ定義から、もう 1 つの性質が読めます。 のほうは 。

引き算の順が逆になっただけなので、もとの値に をかけたものになる。

は入れかえても同じ式です。 となるので、これをみたす値は しかない。さきほどの結果が、符号の性質からも読める。

例 1:

下端が 、上端が で、下端のほうが大きい形です。定義どおりに の差を計算する。

向きをそろえた は です。符号だけが違う。

区間を左から右へ読むか、右から左へ読むか。それだけで答えの符号が変わります。

面積とは切り離して考える

定積分を面積として習うと、この符号のところで詰まる。面積は 以上の量なので、 という値を面積とは呼べません。

定積分が面積と一致するのは、 で、なおかつ下端が上端より小さいときだけ。条件が外れれば、定積分は面積から離れる。

面積のイメージは目安として持っておき、値そのものは で決まると考える。そうすれば、上端と下端が入れかわっても迷いません。

面積

以上。区間の幅と関数の値から決まり、向きという考え方がない

定積分

負にもなる。 で決まり、下端と上端のどちらが大きいかで符号が変わる

例 2:区間の分割が順序を問わなくなる

区間を途中で切って足す公式は、切る点が区間の中になくても成り立ちます。

の差で書くと 。 が消えて が残ります。

この計算に という条件は 1 度も使っていません。 が より小さくても、 より大きくても、同じように消える。

符号の入れかえを認めたおかげで、大小を確かめずに式を組めるようになりました。

例 3:定数を決めるのに使う

をみたす と定数 を求めます。

両辺を で微分すると、左辺は になる。

のほうは微分では決まりません。ここで を代入する。

左辺は で 。右辺は です。

と の 2 つが答えです。上端と下端をそろえて左辺を にする、というのがこの型の決め手になる。

が の式に等しい、という形の問題では、 の代入が定数を決めます。

左辺が になるので、右辺の式に を入れたものを と置いた方程式ができる。

よくあるつまずき

のように下端が大きい式を見て、上端と下端を勝手に入れかえてしまう誤りがあります。

入れかえるときは符号も変える。 で、 をかけた形になります。

の値はどれですか。

__RESULT__

上端と下端が同じなので、中身を計算しなくても です。 という同じものの引き算になります。 は を計算した値で、この問題では区間の幅が になる。

のとき、 はどれですか。

__RESULT__

上端と下端が入れかわると符号が変わるため、 です。 は に をかけたものになります。逆数の にはなりません。

上端と下端が同じなら 、入れかわれば符号が変わる。どちらも という引き算の形から読めます。

$\int_2^2 (x^2+1)\,dx$ は中身によらず $0$ です。定積分は $F(b) - F(a)$ という引き算なので、上端と下端が同じなら同じものを引くことになる。入れかえた $\int_b^a$ は $F(a) - F(b)$ で、もとの値に $-1$ をかけた形。$\int_3^1 2x\,dx = -8$ のように負にもなるため、面積とは切り離して考える。区間の分割公式が大小を問わずに成り立つのも、この符号の決め方から。$\int_a^x f(t)\,dt$ が $x$ の式に等しい形の問題では、$x = a$ を入れて左辺を $0$ にすると定数が決まります。