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xlogxの定積分

◆第問目!

【 難易度 ★★ 】
  次の定積分を求めよ $${\large\int_1^e x \log x \hspace{1pt}dx}$$

\({\hspace{2pt}\log x \hspace{2pt}}\)と\({\hspace{1pt}x\hspace{2pt}}\)の積の積分は部分積分が有効です。

【解答のポイント】

本問は部分積分により積分する問題です。

部分積分とは、2つの微分可能な関数 \({f(x),\hspace{3pt}g(x)}\) の積分に以下が成り立つことを利用して積分する方法です。

$$ \begin{aligned} &\int_a^b f'(x)\hspace{1pt} g(x)\hspace{1pt}dx \\ &\hspace{2pt}= \left[ f(x)\hspace{1pt}g(x) \right]_a^b- \int_a^b f(x)\hspace{1pt}g'(x)\hspace{1pt}dx \\ \end{aligned} $$

本問では \({f'(x)= x\hspace{1pt},\hspace{3pt}g(x)=\log x}\) とおいて計算します。

【解答】

\({f'(x)=x\hspace{2pt},\hspace{1pt}g(x)=\log x}\) として部分積分から積分します。

$$ \begin{aligned} \hspace{10pt}& \int_1^e x\log x \hspace{1pt}dx \\[1em] &= \int_1^e \left(\frac{1}{2}x^2 \right)' \log x \hspace{1pt}dx \\[1em] &= \left[\frac{1}{2}x^2 \log x \right]_1^e - \int_1^e \frac{1}{2}x^2 \cdot \frac{1}{x} \hspace{1pt}dx\\[1em] &= \frac{1}{2}e^2 - \frac{1}{2} \int_1^e x \hspace{1pt}dx\\[1em] &= \frac{1}{2}e^2 - \frac{1}{2} \left[ \frac{1}{2}x^2\right]_1^e\\[1em] &= \frac{1}{2}e^2 - \frac{1}{4} (e^2 -1)\\[1em] &= \frac{1}{4}(e^2 + 1) \\[1em] \end{aligned} $$

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 【出題範囲】   【難易度


 




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