積分法

指数関数の不定積分

$e^x$, $a^x$の積分公式

積分法の「指数関数の不定積分」を、答えを先に押さえてから理解できる形に整理したページです。「$e^x$, $a^x$の積分公式」でつまずきやすい点も含めて、学習の流れを短く確認できます。

数学Ⅲ 約7分 難易度 1

このページのまとめ

先に押さえておくこと

指数関数の不定積分の要点をまとめたページです。先に答えを確認してから、解き方とつまずきやすい点を順にたどれます。

答えの要点

$e^x$, $a^x$の積分公式の答えと条件を先に確認できます。

  • テーマ: exe^x, axa^xの積分公式
  • ポイント: 積分法の基礎を短く確認しやすく、検索から入ってもそのまま理解まで進めやすい記事です。
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問題

次の不定積分を求めよ。

(1)exdx(1)\quad \displaystyle\int e^x \, dx
(2)2xdx(2)\quad \displaystyle\int 2^x \, dx
(3)(ex+32x)dx(3)\quad \displaystyle\int (e^x + 3 \cdot 2^x) \, dx

答えを見る

(1)  ex+C(1)\; \underline{e^x + C}
(2)  2xlog2+C(2)\; \underline{\displaystyle\frac{2^x}{\log 2} + C}
(3)  ex+32xlog2+C(3)\; \underline{e^x + \displaystyle\frac{3 \cdot 2^x}{\log 2} + C}

解説

指数関数の不定積分について解説します。

指数関数は微分しても形が変わらない(または対数倍になる)という性質があり、積分も同様の形になります。

exe^xの積分は簡単ですが、axa^xの積分はloga\log aで割るんですね。

そうだね!(ax)=axloga(a^x)' = a^x \log aだから、積分するとloga\log aで割ってあげる必要があるんだ。

(1)exdx(1)\quad \displaystyle\int e^x \, dx

exe^xの積分は最も基本的な公式です。

exdx=ex+C\displaystyle\int e^x \, dx = \underline{e^x + C}

確認:(ex+C)=ex(e^x + C)' = e^x

(2)2xdx(2)\quad \displaystyle\int 2^x \, dx

一般の指数関数axa^xの公式を使います。a=2a = 2を代入すると、

2xdx=2xlog2+C\displaystyle\int 2^x \, dx = \underline{\displaystyle\frac{2^x}{\log 2} + C}

確認として微分してみよう:(2xlog2)=2xlog2log2=2x(\frac{2^x}{\log 2})' = \frac{2^x \log 2}{\log 2} = 2^x

(3)(ex+32x)dx(3)\quad \displaystyle\int (e^x + 3 \cdot 2^x) \, dx

項ごとに分けて公式を適用します。

(ex+32x)dx\displaystyle\int (e^x + 3 \cdot 2^x) \, dx
=exdx+32xdx= \displaystyle\int e^x \, dx + 3\displaystyle\int 2^x \, dx
=ex+32xlog2+C= e^x + 3 \cdot \displaystyle\frac{2^x}{\log 2} + C
=ex+32xlog2+C= \underline{e^x + \displaystyle\frac{3 \cdot 2^x}{\log 2} + C}

自然対数log\logの底はeeですよね?

正解!数学IIIではlog\logと書いたら底はee(自然対数)だよ。loge2\log_e 2のことをlog2\log 2と書くんだ。

このページのまとめ

ここでは指数関数の不定積分について学習しました。

exe^xはそのまま、axa^xloga\log aで割る、というパターンをしっかり覚えましょう!

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