数学問題集「考える葦」 数学質問掲示板

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NEW! 不定積分
2008年07月25日 00:55:09 りりか
次の不定積分を求めよ。
∫{(sin3x)/(sinx)}dx

チャート等の参考書を見ても似たような問題がなく、
数V苦手の私には解き方がさっぱりわかりません(><)

どなたか解き方教えてください!

NEW! re
2008年07月25日 03:31:12 hari
sinの三倍角とcosの二倍角を使ってsinxまたはcosxに変形します。

NEW! re
2008年07月25日 03:33:11 rtz
3倍角の公式でばらして割り算
→(sinx)^2は半角の公式、あるいはcos2xをばらしたものから逆算
→普通に積分

で完了です。

NEW! re2
2008年07月25日 03:33:45 rtz
かぶりました、申し訳ありません。

NEW! ご丁寧にありがとうございました!
2008年07月25日 07:13:01 りりか
とても助かりました。
おかげで解くことができました。
本当にありかがとうございました!
 


NEW! 定積分の不等式の証明
2008年07月25日 00:54:41 help!
 不等式{∫^1_0(x+a)(x+b)dx}^2≦{∫^1_0(x+a)^2dx}{∫^1_0(x+b)^2dx}の証明で
解答を見ると、{t(x+a)+(x+b)}^2≧0 (tは任意の実数)を利用して
判別式に持ち込んでいたのですが、
{t(x+a)+(x+b)}^2≧0を使う発想がどこから出てきたのか分かりません。
この式はどのようなときに使うのでしょうか。

NEW! re
2008年07月25日 03:39:47 hari
全く知識のない人が思いつくのは厳しいと思います。
賢い人が思いついたんでしょうね。

コーシーシュワルツの不等式という有名な不等式なので、検索してみてください。
 


NEW! 微分
2008年07月24日 23:58:39 みち
m→a・→v=→F・→v
→a=d→v/dt

よって、d/dt(1/2m→v・→v)=→F・→v

…になる理由がわかりません。
d/dtを前に持っていくと、1/2がつく理由がわかりません。

教えてください!お願いします。

NEW! re
2008年07月25日 00:11:20 hari
yをxの関数とすると
(d/dx)y^2 = 2y(dy/dx)
です。これと一緒です。

 


NEW! おねがいです・解きにくいです.
2008年07月24日 23:42:41 おねがいします.
29/18 < シグマ(1〜∞)1/n^2 < 31/18 という証明です.

NEW! .
2008年07月25日 00:40:20 .
まぁ、本問は易しくないからヒントだけ。

関数 1/x^2 の区間 k ≦ x ≦ k+1 における定積分を上手く使う。
あとは試行錯誤してみよう。

端的にそれだけの問題だ。

NEW!  .
2008年07月25日 03:39:34 .
一応、もう一言。

今回のような無限級数の数値評価の問題だが、有限和を具体的に計算してみるのが
最も手っ取り早い。

1/1^2 + 1/2^2 + 1/3^2 を試しに計算してみよう。いくつになるかな?
1/1^2 + 1/2^2 + 1/3^2 + 1/4^2 も計算してみよう。いくつかな?
1/1^2 + 1/2^2 + 1/3^2 + 1/4^2 + 1/5^2 はどうかな?

こういう、一見地道な作業が意外と早道だったりすることもある。
愚直でも正攻法でやってみよう。

あと、丸投げはしないことだ。
今回は問いが問いだけに甘く見たが、少しは自分の考えを書くこと。
それが本来の「お伺いの立て方」というものだ。
 


NEW! またまたすみません!
2008年07月24日 23:38:55 みみ
1 ∫[0,π/2] log(sin(x)) dx
2 ∫[0,π/2] {x/tan(x)} dx

の広義積分ですが、原始関数が分からなくて困っています・・・
回答おねがいします・・・!

NEW! re
2008年07月25日 09:52:17 
堂々巡りをしているようで気持ちが悪いですが、とりあえず答えは・・
I=∫[0,π/2]log(sinx)dx=∫[0,π/2]log(cosx)dx
2I=∫[0,π/2]log(sinx)dx+∫[0,π/2]log(cosx)dx
 =∫[0,π/2]log(sinxcosx)dx
 =∫[0,π/2]log((1/2)sin(2x))dx
 =-(π/2)log2+I
∴ I=-πlog2/2

∫[0,π/2] {x/tan(x)} dx=∫[0,π/2]x(cosx/sinx)dx
=(xlog(sinx))[0,π/2]-I
=-I
 


NEW! 図形と計量
2008年07月24日 22:16:55 まな
底面が一辺の長さ2の正方形で、OA=OB=OC=OD=3である四角錐OABCDを考える。

このとき、cos∠AOB=@ cos∠AOC=A
である。

Oから平面ABCDに下ろした垂線と平面ABCDの交点をEとするとき、OE=√Bである。
 
さらに、線分OB、ODを2:1に内分する点をそれぞれG、Hとし、平面AHGと線分OC、OEの交点をそれぞれI、Jとするとき、AG=C AJ=Dである。

 ここで、OI=a JI=bとおくと、OJは∠AOIの二等分線だから、b=Eaと表され、OI=Fである。
さらに、△IHGの面積をS1、△AHGの面積をS2とすると、S1/S2=G

@〜Gには答えが当てはまります。
解き方が全く分からないのでよろしくお願いします。

NEW! @とAは余弦定理を使う
2008年07月25日 09:54:15 通りすがり
@
AB = 2 , AO = BO = 3
三角形ABOで余弦定理
AB^2 = AO^2+BO^2-2*AO*BO*cos∠AOB
この式からcos∠AOBを求める

A
AB = BC = 2
AC = √(AB^2+BC^2) = √(2^2+2^2) = 2√2
AO = CO = 3
三角形ACOで余弦定理
AC^2 = AO^2+CO^2-2*AO*CO*cos∠AOC
この式からcos∠AOCを求める
 


NEW! 線形代数
2008年07月24日 21:21:44 bluehare
VをC上の有限次元ベクトル空間とし、f:V→Vは線形で半単純(対角型)とする。
Wをf(W)⊂Wを満たすVの部分空間とする。このときfをW上に制限した写像f|w:V→Vは半単純(対角型)であることを示せ。

という問題について教えてください。
 


NEW! 三角関数
2008年07月24日 21:06:33 blackrose
sin(x+y)=2×sin(x+y)/2×cos(x+y)/2
となる理由を教えてください。

NEW! re
2008年07月24日 21:18:51 hari
倍角公式です。

NEW! Re.
2008年07月24日 21:20:40 通りすがり
sin(x+y)=sin{2・(x+y)/2}
と見て2倍角の公式を使います。

NEW! re
2008年07月24日 21:21:09 hari
倍角公式です。

NEW! Re.
2008年07月24日 21:26:14 通りすがり
>>hariさんへ
ごめんなさい。かぶりました。

NEW! re
2008年07月24日 21:32:46 hari
嫌みのつもりはないのですが2つ投稿してしまいました^^;

>通りすがりさん
いえいえ、お気になさらず
 


NEW! 図形と計量
2008年07月24日 20:53:48 キキ
一辺の長さが6の正四面体OABCがある。辺OAの中点をMとし、辺OB、OC、上にそれぞれ点P、Qをとり、OP=CQ=xとする。このとき0<x<□であり、PQ^2=□x^2−□x+□である。

(1)線分PQの長さはx=□のとき最小値□となる。


(2)線分PQ=2√3であるとき、x=●または、x=△である。ただし、●<△とする。

センターの問題で穴埋め式なのですが分かりません。
どうか力を貸してください。

NEW! Re
2008年07月25日 06:54:17 
まずはxは正四面体の1辺の長さを越えてはいけないのは分かりますか?
ということは0<x<6です。
PQ^2については、余弦定理を用いればいいですね。CQ=xなら、OQ=6-xですから。∠BQC=60°ですし。
すると、xについての二次式になるので、後はこれを平方完成し、最小値を出せば、(1)が完成します。
(2)はPQ^2=12の二次方程式を解けばいいですね。

以上ヒントですが、こんなふうに考えてはいかがでしょうか?
 


NEW! おねがいします。
2008年07月24日 20:44:20 aya
実数x,yが不等式x^2+y^2≦4,x+√3y≦2,x≧-1をすべて満たしている。

(y+1)/(x-3)の最大値を求めよ。

おしえてほしいです^^;

NEW! Re.
2008年07月24日 21:25:21 通りすがり
(y+1)/(x-3)=k
と置くと
y=k(x-3)-1 (x≠3)
これは点(3,-1)を通る傾きkの直線(但し点(3,-1)を除く)を表します。
後はxy平面上で点(3,-1)を固定点として直線をくるくる回すイメージを考え
問題の不等式の示す領域
x^2+y^2≦4,x+√3y≦2,x≧-1
と交わるための直線の傾きの範囲を求めます。
 


NEW! 1対1
2008年07月24日 19:09:09 dell
f(x)=x+2x^2*sin1/x (x≠0),f(0)=0
で定められたf(x)はどんな0の近傍でも1対1でないことを示せ。お願いします。
 


NEW! 【大学1年】線形代数学−基底について
2008年07月24日 18:22:01 satopon
次の問題が分からず困っています。
どなたか、解き方をお分かりでしたら、教えて下さい。
宜しくお願いします。

「WはR4の部分空間であり、
{(1,1,1,2), (2,1,2,3), (a,3,-a,a)} と
{(3,1,1,1), (b,b,0,b-1),(2c,1,c,c)} のベクトルの組は、
いずれもWの基底であるとき、a,b,cを求めよ。」

【正解】a=1,b=2,c=2 とテキストにありました。

両組の(1次結合)=0として、計算しても、
正解の様に一意に定まるような解を得ることができませんでした。



NEW! Re
2008年07月24日 19:06:11 AT
4×4の行列式
|(1,1,1,2), (2,1,2,3), (a,3,-a,a),(3,1,1,1)| =0
より
a=1
|(1,1,1,2), (2,1,2,3), (1,3,-1,1),(b,b,0,b-1)|=0
より、
b=2

|(1,1,1,2), (2,1,2,3), (1,3,-1,1),(2c,1,c,c)}|=0
より
c=2

NEW! re
2008年07月24日 19:16:36 s
Solve[c1*{1, 1, 1, 2} + c2*{2, 1, 2, 3} +
c3*{3, 1, 1, 1} == {0, 0, 0, 0},
{c1, c2, c3}]

Out[2]={{c1 -> 0, c2 -> 0, c3 -> 0}}
で 上のvectorの張る空間Wは3次元。

で以下線型従属故 
Det[{{1, 1, 1, 2}, {2, 1, 2, 3},
{a, 3, -a, a}, {3, 1, 1, 1}}]
=6 - 6*a


Det[{{1, 1, 1, 2}, {2, 1, 2, 3},
{3, 1, 1, 1}, {b, b, 0, b - 1}}]
=-2 + b

Det[{{1, 1, 1, 2}, {2, 1, 2, 3},
{3, 1, 1, 1}, {2*c, 1, c, c}}]
=-2 + c
a=1,b=2,c=2
 


NEW! 無限級数
2008年07月24日 16:58:59 YHAYHAYHA
「無限等比級数」と「無限等比級数の和」はどう意味がちがうのでしょうか。
級数とは和の意味だと思うのですが。

NEW! res
2008年07月24日 17:20:07 K
岩波の数学辞典によると,大まかに
級数の和:級数が収束する場合に限る.

NEW! ありがとうございました。
2008年07月25日 09:06:36 YHAYHAYHA
なんとなくわかりました。
 


NEW! 整式
2008年07月24日 13:02:35 かたつむり
整式f(x)をx-2で割った余りは6である。
f(x)を(x-1)^2で割った商はg(x)、余りは3x-1である。
f(x)をx^2-3x+2で割った余りと、g(x)をx-2で割った余りを求めよ。
解き方を教えてください。

NEW! 下の質問の解答とほぼ同じ手順
2008年07月24日 14:07:16 数学屋
P(x), Q(x), R(x) を適当な整式, a,b,c を実数とすると
x^2-3x+2=(x-2)(x-1) なので、問題文を式で表すと

f(x) = (x-2)P(x) + 6
f(x) = {(x-1)^2}g(x) + 3x - 1
f(x) = (x-1)(x-2)Q(x) + ax + b
g(x) = (x-2)R(x) + c

となります。後は x=1 やら 2 やらを代入して a,b,c の方程式を立てて
a,b,c を求めれば良いですね。

NEW! わかりました
2008年07月24日 16:32:39 かたつむり
どうも有難うございました。
 


NEW! 整式
2008年07月24日 12:51:22 かたつむり
整式f(x)をx^2+4x-5で割った余りはx+2である。
また、f(x)を3x^2+7x+2で割った余りは3x+2である。
f(x)を3x^2+16x+5で割った余りを求めよ。
解き方を教えてください。

NEW! re
2008年07月24日 13:01:07 hari
> 整式f(x)をx^2+4x-5で割った余りはx+2である。
よりf(-5) = -3
>f(x)を3x^2+7x+2で割った余りは3x+2である。
よりf(-1/3) = 1

f(x)を3x^2+16x+5で割った余りをax + bとおくと
f(-5) = -5a + b
f(-1/3) = -a/3 + b

連立方程式を解くとa, bが求まります。

NEW! わかりました
2008年07月24日 13:26:02 かたつむり
そうやって解くのですね、余りは(6/7)x+(9/7)になりました。
どうも有難うございました。
 


積分
2008年07月24日 09:44:55 JUMP
∫[-∞,+∞] {1/(e^x+e^(-x))}dx
この広義積分を求めたいのですが、原始関数が分からなくて困っています・・・
すみませんが、教えてください!

NEW! re
2008年07月24日 11:21:05 
分母子にe^xを掛ければよいですね。
∫dx/(e^x+e^(-x))=∫e^xdx/((e^x)^2+1)=arctan(e^x)

NEW! すみません、もう1つ・・・
2008年07月24日 12:22:08 JUMP
ありがとうございます!!

申し訳ないのですが、もう1つ質問させてください。

∫[0,∞] {log(x)/(1+x^2)}dx
なのですが、これも原始関数がわからなくて・・・
よければ、回答お願いします。

NEW! re
2008年07月24日 15:42:21 
原始関数を出すというリクエストには応えられないですが、
x=1/tとすると、dx=-dt/t^2
∫[0,1]logxdx/(1+x^2)=∫[∞,1](-logt)(-dt/t^2)/(1+(1/t)^2)
=-∫[1,∞]logtdt/(1+t^2)

NEW! Re: おまけ
2008年07月24日 19:29:58 Shouya
あるいは、x=tanθ.とおくと、
∫[0,π/2] (log(tanθ)/(1+tan^2θ)) sec^2θdθ
=∫[0,π/2] log(tanθ)dθ
=∫[0,π/2] (log(sinθ) -log(cosθ))dθ
=∫[0,π/2] log(sinθ)dθ -∫[π/2,0]log(cos(π/2-t))(-dt)
(2項目だけ、t=π/2-θ.と置く。))
=∫[0,π/2] log(sinθ)dθ -∫[0,π/2] log(sint)dt
=0.
定積分の場合、必ずしも元の関数の原始関数を
求める必要があるわけではないですね。
 


この問題について
2008年07月24日 02:43:02 kuw
過去にも同じ問題の投稿があったのですが、
わからないので教えていただきたいです。

素数pに対して、次の条件を考えます。
「整数a,bに対してa^3-b^3が素数pでわりきれるならば、a-bがpでわりきれる」
(a)p=5,7,11について、これが成り立つかどうかしらべる
(b)これが成り立つ素数pを求めてください

(a)の問題は背理法を用いるのでしょうか?
また、(b)についても詳しく教えていただけたらうれしいです!
お願いいたします

NEW! .
2008年07月24日 22:11:21 .
a^3-b^3を因数分解してみてはどうでしょうか?

NEW! 原始根
2008年07月24日 23:32:39 黄桃
以下、mod p で考えます。
b≡0 なら、a^3≡0 ⇔ a≡0 ですので、bがpで割り切れない場合のみ考えればOKです。
bがpで割り切れなければ、b^(-1)があるので、これをかけると
x^3≡1 が1でない解をもつかどうか、ということになります。
(a)は、それぞれ 0,1,2,...,10 までについて、x^3≡1⇒x≡1 が成り立つかどうかを調べます。
(b) は、例えば次のようにします。
Z/(p) の原始根を t とします。すると、
t^(3n)≡1 mod p ⇒ t^n≡1 mod p
となるnがあるかどうか、ということになります。tは原始根だから、
t^m≡1 となる m は p-1 の倍数です。よって、 3n が p-1 の倍数なら n はp-1の倍数か?という問題に帰着されます。
したがって、答は p-1 と 3 が…の時に限って
「整数a,bに対してa^3-b^3が素数pでわりきれるならば、a-bがpでわりきれる」
が成立することがわかります。
 


連続投稿ですみません
2008年07月24日 02:07:13 白雷
べき剰余の問題を教えてください。
pを奇素数、aをpと素な整数とするとき、合同式ax^2+bx+c≡0 mod pの解の個数は、b^2-4acが平方剰余、0、平方非剰余に応じて、2,1,0であることを示せ

res
2008年07月24日 03:12:46 K
4a(ax^2+bx+c)=(2ax+b)^2-b^2+4ac=0(mod.p)より(2ax+b)^2=b^2-4ac(mod.p).
所謂X^2=b^2-4ac(mod.p)の形.
平方非剰余ならば解なし,は明らか.
0ならばX^2=0(mod.p)の解はX=0(mod.p)のみ.
平方剰余ならば或る解±Xが存在するが,ここに別の解X'に対して
X^2-X'^2=(X-X')(X+X')=0(mod.p)所謂X'=X(mod.p)かX'=-X(mod.p)
従って解は2個.

Xの中身2ax+bは1次なので明らかでしょう.これでn変数の2次連立合同式とかも解けるようになるのでしょう.

NEW! もう1つお願いします
2008年07月24日 12:05:51 白雷
m,nを互いに素な正の整数とし、Fを整数係数の多項式とするとき、合同式F(x)≡0 mod mnが解をもつためには、F(x)≡0 mod mとF(x)≡0 mod nがともに解をもつことが必要十分であることを示せ
という問題です。

NEW! res
2008年07月24日 17:35:49 K
必要性は明らか.
充分性は
F(a)=0(mod.m),F(b)=0(mod.n)ならば任意のu,vに対してF(a+mu)=0(mod.m),F(b+nv)=0(mod.n).
ここにmu-nv=b-aの解u,vの存在を示せばよい.
 


べき剰余
2008年07月24日 02:00:07 白雷
a,bを整数とするとき、pをa^2+b^2の奇素数因子とすれば、pがa,bの公倍数でない限り、pは法4で1と合同であることを示せ。
という問題の解き方を教えてください。

res
2008年07月24日 03:32:36 K
これはいろいろな解法がありますが,平方剰余に興味があるようなのでその方針で...
kb=1(mod.p)なるkを掛けると(ak)^2+1=0(mod.p).
よって(-1/p)=(-1)^{(p-1)/2}=1所謂p=1(mod.4).

この辺の話に興味があるならば,ディリクレ・デデキント著『整数論講義』が参考書によいでしょう.私も中学生の頃,半ば強制的に読まされました.

NEW! ありがとうございます
2008年07月24日 10:47:56 白雷
その参考書を探してみます
 


質問です
2008年07月23日 23:21:11 夏木
pをそすうとするとき、任意の整数nに対してn^p≡n mod p (n^p-nはpの倍数であること)を示せという問題の解き方を教えてください。

res
2008年07月23日 23:41:14 K
a[n]=n^p-n.
a[n+1]-a[n]=(1Cp)n^(p-1)+...+(pCp)n^0-1=(1Cp)n^(p-1)+...+(p-1Cp)n^1
ここに(kCp),k=1,...,p-1はpの倍数.よってa[n+1]=a[n](mod.p).
一方,a[0]=0(mod.p)は明らか.帰納法による証明.

2008年07月23日 23:54:49 夏木
kCrでk<rの計算ってあるんですか?

res
2008年07月24日 00:05:59 K
あれ?どうやって書くんだった?逆か...orz

添え字をすべて逆に読んでください.

re
2008年07月24日 00:13:33 らすかる WEB
n色の玉が無数にあり、そのうちp個を取り出して円形に並べる。
pが素数ならば2色以上使われるパターンは(n^p-n)/p通りとなるので、
n^p-nはpで割り切れる。

ああ
2008年07月24日 01:00:31 夏木
なるほど わかりました。
ありがとうございました。
 


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