高校数学の「積分の応用(積分を定数に置換する)」に関する問題を解いてみる。(Yahoo!知恵袋より)
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問題
次の等式を満たす関数\( \ f\left( x\right) \ \)を求めよ.
$$f\left( x\right)=x^2+\int_0^1 xf\left( t\right) dt$$
$$f\left( x\right)=x^2+\int_0^1 xf\left( t\right) dt$$
積分部分を定数kでおく。
$$\begin{align}k=&\int_{0}^{1} f\left( t\right) dt \ とおく. \\\\ したがって \\\\ f\left( x\right)=&x^2+kx\quad \cdots \ ① \ と表せる.\end{align}$$
$$\begin{align}f\left( x\right)=&x^2+x\int_{0}^{1} \left( t^2+kt\right) dt \\\\ =&x^2+x\left[\frac{1}{3}t^3+\frac{k}{2}t^2\right]_{0}^{1} \\\\ =&x^2+x\left( \frac{1}{3}+\frac{k}{2}\right) \quad \cdots \ ②\end{align}$$
$$\begin{align}①と②より,& \\\\ k=&\frac{1}{3}+\frac{k}{2} \\\\ k=&\frac{2}{3}\\\\ ゆえに \ f\left( x\right)=&x^2+\frac{2}{3}x \end{align}$$
こたえ
$$f\left( x\right)=x^2+\frac{2}{3}x$$
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