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典型的な問題!積分方程式 1995年名古屋大学後期大問3 解答・解説

典型的な問題!積分方程式 1995年名古屋大学後期大問3 解答・解説 数Ⅲ
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今回取り扱う問題は1995年名古屋大学の後期で出題された問題です。

 

積分方程式は主に2パターンあり、パターンを抑えれば解けるようになります。

 

ここを取れないと他の受験生と差がついてしまうので、しっかりと解けるようになっておきたいです。

 

 

それではさっそくやっていきましょう。

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問題文

$f'(x)=\sin x+\displaystyle \int^{\pi}_{-\pi}f(t)dt$を満たし,かつ$f(0)=0$である関数$f(x)$を求めよ。

これから先は解説になります。

自力で解いてみたい方は、ここでいったんストップして挑戦してみてください。

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本問題を解く上での考え方・ポイント

先述した通り、積分方程式には主に2パターンの問題があります。

①積分区間に変数を含むもの
②積分区間に変数を含まないもの
今回の問題を見てもらうと、積分区間は$-\pi$から$\pi$ということで、変数を含みません。
なので、この積分で表された部分の計算結果は定数になります。
このような場合は、積分で表された部分(定数)を自分で文字で置いて解いていくというのが定石です。
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解答・解説

解答

$\displaystyle \int^{\pi}_{-\pi}f(t)dt = a $ $\cdots ①$とおく。

$f'(x)=\sin x + a$
$f(x)=-\cos x + ax + 1$ $(\because \,f(0)=0)$

①に代入すると,
$\displaystyle \int^{\pi}_{-\pi}(-\cos t + at + 1)dt = a $
$\Leftrightarrow$ $2\displaystyle \int^{\pi}_{0}(-\cos t + 1)dt = a $
$\Leftrightarrow$ $a=2\pi$

$\therefore \,$ $f(x)=-\cos x + 2\pi x+1$

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さいごに

いかがでしたでしょうか。

 

今回は1995年名古屋大学の問題を解説しました。

 

積分方程式の積分区間に変数を含まない問題は頻出なのでしっかり取れるようになっておきましょう。

 

また、数学の成績を伸ばしたいと考えている方向けにおすすめの数学の参考書を下記でまとめています。

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参考になれば幸いです。

 

今回は以上です。

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