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∫[-∞→∞]dx/(x^2+a^2)(x^2+b^2)  (0<a<b)


この問題の解き方を教えてください。
お願いします。

A 回答 (2件)

もう,用済みかも知れませんが,計算してみました.



∫[-∞→∞]dx/(x^2+a^2)(x^2+b^2)

まず,1/(x^2+a^2)(x^2+b^2) を部分分数分解すると,
A, B をある定数として,
1/(x^2+a^2)(x^2+b^2) = A/(x^2+a^2) + B/(x^2+b^2)
とおき,A, B を計算する.

1/(x^2+a^2)(x^2+b^2) = A/(x^2+a^2) + B/(x^2+b^2)=
= [1/(x^2+a^2)(x^2+b^2)]*[A(x^2+b^2) + B(x^2+a^2)]=
= [1/(x^2+a^2)(x^2+b^2)]*[x^2(A+B) +Ab^2 + Ba^2]

この式が,1/(x^2+a^2)(x^2+b^2) となるためには,

A+B=0
Ab^2 + Ba^2=1

でなければならない.この式から,A,B を計算する.
まず,A について解くと,Ab^2 + Ba^2=1 を変形して,

A =(1- Ba^2)/b^2

この式を,A+B=0 に入れて,B を求めると,

(1- Ba^2)/b^2+B=0
(1/b^2)- (Ba^2/b^2)+B=0

1- Ba^2+Bb^2=0
1- B(a^2+b^2)=0
B=1/(a^2+b^2)

したがって,A は,A=-B なので,

A=-1/(a^2+b^2)

です.以上の部分分数分解の結果:
A=-1/(a^2+b^2),B=1/(a^2+b^2) を使って,
積分:∫dx/(x^2+a^2)(x^2+b^2) は,

∫dx/(x^2+a^2)(x^2+b^2) =
= A∫dx/(x^2+a^2) + B∫dx/(x^2+b^2)=
= A(1/a^2)arctan(x/a^2)+B(1/b^2)arctan(x/b^2)

となります.
これにより,定積分∫[-∞→∞]dx/(x^2+a^2)(x^2+b^2) は

∫[-∞→∞]dx/(x^2+a^2)(x^2+b^2) =
[A (1/a^2)arctan(-∞)+B (1/b^2)arctan(-∞)]
-[A (1/a^2)arctan(∞)+B (1/b^2)arctan(∞)] =

=[A (1/a^2)(-π/2)+B (1/b^2)(-π/2)]
-[A (1/a^2)(π/2)+B (1/b^2)(π/2)] =

=-[A (1/a^2)(π/2)+B (1/b^2)(π/2)]
 -[A (1/a^2)(π/2)+B (1/b^2)(π/2)] =

=-2[A (1/a^2)(π/2)+B (1/b^2)(π/2)] =
=-2(π/2)[A (1/a^2)+B (1/b^2)] =
=-π[A (1/a^2)+B (1/b^2)] =
=-{π/(a^2+b^2)}[-(1/a^2)+(1/b^2)] =
={π/(a^2+b^2)}[(1/a^2)-(1/b^2)]

となります.なんとならば,
A=-1/(a^2+b^2),B=1/(a^2+b^2) なので.故に,

∫[-∞→∞]dx/(x^2+a^2)(x^2+b^2) =
={π/(a^2+b^2)}[(1/a^2)-(1/b^2)] =
=[π(b^2-a^2)]/[a^2*b^2*(a^2+b^2)]

です.
長い計算なので,どこか間違いが無いか,チェックして下さい.

(注): arctan(∞)=π/2   arctan(-∞)=-π/2 です.
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ぶぶんぶんすうにぶんかいする.

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