置換したら区間も書きかえる、x に戻さない定積分
不定積分で置換したら、最後に へ戻す必要があった。定積分では戻さなくてよい。代わりに積分区間を書きかえる[1]。
が から まで動くとき、 は から まで動く。その区間で積分すればよい。
戻す手間が消えるので、定積分のほうがむしろ楽になる。置換して区間を書きかえたら、あとは新しい変数だけで完結する。
原始関数を求めて上端と下端を代入する、という定積分の計算そのものは変わらない[2]。変わるのは、どの変数の区間で代入するかだけである。
対応表を作る
置換したら、まず と の対応を書き出す。上端と下端の 2 つだけでよい。
この表を書いてから積分に入る。書かずに進めると、区間の入れかえを忘れる。
上の点が右へ進むと、下の点も右へ進む。両端が対応しているので、区間ごと写し替えられる。
例 1:1 次式の置換
と置く[3]。 で、 に対し である。
に戻さずに、 の区間で計算して終わる。
例 2:区間が逆向きになる場合
と置く。 で、 に対し である。
上端と下端が入れかわる。符号を付けて向きをそろえる。
の符号と区間の入れかえで、マイナスが 2 回出て打ち消し合う。
の区間が逆向きになることは、置換ではよく起きる。 が減少関数のときに必ず起きる。
を使って向きをそろえれば、符号は自動的に合う。
例 3:対数の置換
と置く。 で、 に対し である。
区間が という半端な形から に変わる。置換のたびに区間は素直になっていく。
例 4:三角関数の置換
と置く。 で、 に対し である。
例 5:指数関数の置換
と置く。 で、 に対し である。
面積は形を変えても保たれる
置換すると被積分関数の形も区間も変わるが、面積は変わらない。横に伸びたぶん縦が縮む、という交換が起きている。
上の山と下の単調な曲線は、見た目がまったく違う。それでも囲む面積は同じ である。
例 6: を で表す置換
置換の向きが逆になる場合もある。 を決めて を で書く。
と置くと 、 である。 に対し 。
分子の次数が分母以上なので、割ってから積分する。
根号を と置くと、 に が出てきて分子が整う。この形はよく出る。
単調でない置換に気をつける
の区間の中で が増減を変えると、区間の対応が 1 対 1 でなくなる。
で と置くと、 に対して は と動く。単純に とすると になり、正しい値 と合わない。

対策は区間を切ることである。 と に分ければ、それぞれで単調になって置換が通る。
偶関数の対称性を使い、 としてもよい。どちらでも同じ結果になる。
手順のまとめ
3 番目を飛ばすと、 の区間のまま で積分することになって値が合わない。表を書く習慣が効く。











