間違いしかありません.コメントにてご指摘いただければ幸いです(気が付いた点を特に断りなく頻繁に書き直していますのでご注意ください).

sin(mx)sin(nx), cos(mx)cos(nx), sin(mx)cos(nx) の0から2πまでの積分

準備

準備の準備

cos(α+β)=cos(α)cos(β)sin(α)sin(β)cos(αβ)=cos(α)cos(β)+sin(α)sin(β)sin(α+β)=sin(α)cos(β)+cos(α)sin(β)sin(αβ)=sin(α)cos(β)cos(α)sin(β)

準備1

cos(αβ)cos(α+β)=cos(α)cos(β)+sin(α)sin(β){cos(α)cos(β)sin(α)sin(β)}=cos(α)cos(β)+sin(α)sin(β)cos(α)cos(β)+sin(α)sin(β)=2sin(α)sin(β)sin(α)sin(β)=cos(αβ)cos(α+β)2

準備2

cos(αβ)+cos(α+β)=cos(α)cos(β)+sin(α)sin(β)+{cos(α)cos(β)sin(α)sin(β)}=cos(α)cos(β)+sin(α)sin(β)+cos(α)cos(β)sin(α)sin(β)=2cos(α)cos(β)cos(α)cos(β)=cos(αβ)+cos(α+β)2

準備3

cos(2x)=cos(x+x)=cos(x)cos(x)sin(x)sin(x)=cos2(x)sin2(x)=(1sin2(x))sin2(x)=12sin2(x)cos(2x)1=2sin2(x)1cos(2x)=2sin2(x)sin2(x)=1cos(2x)2=12cos(2x)2

準備4

cos(2x)=cos(x+x)=cos(x)cos(x)sin(x)sin(x)=cos2(x)sin2(x)=cos2(x)(1cos2(x))=2cos2(x)1cos(2x)+1=2cos2(x)cos2(x)=1+cos(2x)2=12+cos(2x)2

準備5

sin(αβ)+sin(α+β)=sin(α)cos(β)cos(α)sin(β)+{sin(α)cos(β)+cos(α)sin(β)}=sin(α)cos(β)cos(α)sin(β)+sin(α)cos(β)+cos(α)sin(β)=2sin(α)cos(β)sin(α)cos(β)=sin(αβ)+sin(α+β)2

準備6

sin(2x)=sin(x+x)=sin(x)cos(x)+cos(x)sin(x)=2sin(x)cos(x)sin(x)cos(x)=sin(2x)2

sin(mx)sin(nx)

m,nN,mn

02πsin(mx)sin(nx)dxm,nN,mn=02π12[cos(mxnx)cos(mx+nx)]dx1=02π12[cos((mn)x)cos((m+n)x)]dx=12[02πcos((mn)x)dx02πcos((m+n)x)dx]=12[[1mnsin((mn)x)]02π[1m+nsin((m+n)x)]02π]=12[1mn[sin((mn)2π)sin((mn)0)]1m+n[sin((m+n)2π)sin((m+n)0)]]=12[1mn[00]1m+n[00]]=12[0mn0m+n]=120=0

m,nN,m=n

02πsin(mx)sin(nx)dxm,nN,m=n=02πsin(mx)sin(mx)dx=02πsin2(mx)dx=1m02mπsin2(u)duu=mx,dudx=m,dx=1mdu=1m02mπ[1212cos(2u)]du3=12m[02mπdu02mπcos(2u)du]=12m[[u]02mπ[12sin(2u)]02mπ]=12m[[2mπ0][12sin(22mπ)12sin(20)]]=12m[2mπ[00]]=12m2mπ=π

cos(mx)cos(nx)

m,nN,mn

02πcos(mx)cos(nx)dxm,nN,mn=02π12[cos(mxnx)+cos(mx+nx)]dx2=02π12[cos((mn)x)+cos((m+n)x)]dx=12[02πcos((mn)x)dx+02πcos((m+n)x)dx]=12[[1mnsin((mn)x)]02π+[1m+nsin((m+n)x)]02π]=12[1mn[sin((mn)2π)sin((mn)0)]+1m+n[sin((m+n)2π)sin((m+n)0)]]=12[1mn[00]+1m+n[00]]=12[0mn+0m+n]=120=0

m,nN,m=n

02πcos(mx)cos(nx)dxm,nN,m=n=02πcos(mx)cos(mx)dx=02πcos2(mx)dx=1m02mπcos2(u)duu=mx,dudx=m,dx=1mdu=1m02mπ[12+12cos(2u)]du4=12m[02mπdu+02mπcos(2u)du]=12m[[u]02mπ+[12sin(2u)]02mπ]=12m[[2mπ0]+[12sin(22mπ)12sin(20)]]=12m[2mπ+[00]]=12m2mπ=π

sin(mx)cos(nx)

m,nN,mn

02πsin(mx)cos(nx)dxm,nN,mn=02π12[sin(mxnx)+sin(mx+nx)]dx5=02π12[sin((mn)x)+sin((m+n)x)]dx=12[02πsin((mn)x)dx+02πsin((m+n)x)dx]=12[[1mncos((mn)x)]02π+[1m+ncos((m+n)x)]02π]=12[1mn[cos((mn)2π)cos((mn)0)]+1m+n[cos((mn)2π)cos((mn)0)]]=12[1mn[11]+1m+n[11]]=12[1mn0+1m+n0]=12[0+0]=120=0

m,nN,m=n

02πsin(mx)cos(nx)dxm,nN,m=n=02πsin(mx)cos(mx)dx=02π12sin(2mx)dx6=1204mπ12msin(u)duu=2mx,dudx=2m,dx=12mdu=14m[cos(u)]04mπ=14m[cos(4mπ)(cos(0))]=14m[1(1)]=14m[1+1]=14m0=0

まとめ

m,nN02πsin(mx)sin(nx)dx={πm=n0mn02πcos(mx)cos(nx)dx={πm=n0mn02πsin(mx)cos(nx)dx=0

単位円の半分に収まる(?)正方形の面積は有理数(一辺の長さは無理数(sin(arctan(2))=2/√5))

Cの位置

C(OF,CF)=C(cos(θ),sin(θ))

θとの関係

CFOF=2=sin(θ)cos(θ)=tan(θ)tan1(2)=θ

線分OFの長さ

OF=cos(tan1(2))=1tan(tan1(2))2+1cos(θ)=1tan2(θ)+1=122+1=15

線分CFの長さ

CF=sin(θ)=2cos(θ)=215=25

面積A1

A1=CF2=(25)2=22(5)2=45(=0.8)

1/(1+x^2)の[0, t]での定積分がarctan(t)となる話


中心を点Pに持つ円と直線gとの交点Qを求める.

x座標を求める. x2+(y+1)2=1x2+(xt1+1)2=1g:y=xt1x2+(xt)2=1x2(1+1t2)=1x2(t2+1t2)=1x2=t2t2+1x=t2t2+1x0=tt2+1 y座標はgを用いて求める. y=xt1=tt2+1t1=1t2+11

面積A1(=四角形ABCO)を求める.

A1=OAAB=t1211+t2=t2(1+t2)

面積A2(=凾数fと線分CB及びy軸で囲まれる領域(図のx<0の領域の着色は間違い))を求める.

2y=11+x21+x2=12yx2=12y1x2=12y1=12y2yx=12y2y A2=12(1+t2)12xdy=12(1+t2)1212y2ydy=1(1+t2)101(u+1)22y2yduu=2y1,dudy=1212y2=12y,dy=2ydu122121=012(1+t2)212(1+t2)1=11+t21=11+t2101(u+1)2du

面積B1(=三角形PQR)を求める.

B1=12QRPR=12tt2+1{1+(1t2+11)}=12tt2+11t2+1=t2(1+t2)

面積B2(=円x2+(y1)2=1と線分QR及びy軸で囲まれる領域)を求める.

x2+(y+1)2=1x2=1(y+1)2x=1(y+1)2 B2=1t2+110xdy=1t2+1101(y+1)2dy

扇PQRの面積を求める.

PQR=1=(11π)θ2π=θ2

θtの関係式を求める.

tan(θ)=t00(1)=t1=ttan1(t)=θ

扇PQRの面積を介して.

PQR=θ2=tan1(t)2=B1+B2=A1+A2B1=A1,B2=A2=0t1211+x2dx=f[0,t] 0t11+x2dx=tan1(t)