微分積分学の基本定理-基本演習
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1問題 1
G(x)=\int_0^x\cos t\,dt の導関数を求めよ。
1.1解答例
被積分関数 \cos t は連続である。基本定理の第一部により、G'(x)=\cos x である。
1.2解説
上端を h だけ増加させたときの符号付き寄与は、幅 h、値がほぼ \cos x の局所項に対応する。
2問題 2
H(x)=\int_x^{x^2}e^t\,dt の導関数を求めよ。
2.1解答例
可変端点の公式により
H'(x)=e^{x^2}\cdot2x-e^x=2xe^{x^2}-e^x
である。
2.2解説
上端には正の項、下端には負の項が対応し、それぞれに連鎖律を適用する。
3問題 3
\int_1^2\left(3x^2-2x\right)\,dx を計算せよ。
3.1解答例
3x^2-2x の原始関数は x^3-x^2 である。基本定理の第二部により
\int_1^2(3x^2-2x)\,dx=[x^3-x^2]_1^2=4
である。
3.2解説
不定積分では積分定数を含む関数族を求めるが、定積分では積分定数が端点差で相殺され、1 つの数を得る。
4問題 4
位置 s(t) の速度が s'(t)=3t^2-2t である。t=1 から t=2 までの位置の総変化量を求めよ。
4.1解答例
総変化量の公式により
s(2)-s(1)=\int_1^2(3t^2-2t)\,dt=4
である。
4.2解説
導関数の累積は、元の関数の端点差に一致する。速度の符号が変化する場合、これは移動距離ではなく位置の正味変化である。
5関連リンク
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Fundamental Theorem of Calculus — Basic Exercises
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1Problem 1
Find the derivative of G(x)=\int_0^x\cos t\,dt.
1.1Sample Solution
The integrand \cos t is continuous. Part I of the fundamental theorem gives G'(x)=\cos x.
1.2Explanation
Increasing the upper endpoint by h adds a signed contribution of width h whose local value is approximately \cos x.
2Problem 2
Find the derivative of H(x)=\int_x^{x^2}e^t\,dt.
2.1Sample Solution
The variable-endpoint formula gives
H'(x)=e^{x^2}\cdot2x-e^x=2xe^{x^2}-e^x.
2.2Explanation
The upper endpoint contributes a positive term, the lower endpoint contributes a negative term, and the chain rule applies to both.
3Problem 3
Evaluate \int_1^2\left(3x^2-2x\right)\,dx.
3.1Sample Solution
An antiderivative of 3x^2-2x is x^3-x^2. Part II of the fundamental theorem gives
\int_1^2(3x^2-2x)\,dx=[x^3-x^2]_1^2=4.
3.2Explanation
An indefinite integral is a family containing a constant of integration. In a definite integral, that constant cancels in the endpoint difference, leaving a single number.
4Problem 4
The position s(t) has velocity s'(t)=3t^2-2t. Find the total change in position from t=1 to t=2.
4.1Sample Solution
The total-change formula gives
s(2)-s(1)=\int_1^2(3t^2-2t)\,dt=4.
4.2Explanation
Accumulating a derivative gives the endpoint difference of the original function. If velocity changes sign, this quantity is net displacement rather than total distance traveled.
5Related Material
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