integral from 0 to pi of x^2cos(kx)

解

\int_{0}^{π} x^{2} cos (k x) d x

\frac{2 π ( - 1 ) ^{k}}{k ^{2}}

解答ステップ

\int_{0}^{π} x^{2} cos (k x) d x

u置換積分法を適用する

= \int_{0}^{kπ} \frac{u ^{2} cos ( u )}{k ^{3}} d u

定数を除く:

\int a \cdot f (x) d x = a \cdot \int f (x) d x

= \frac{1}{k ^{3}} \cdot \int_{0}^{kπ} u^{2} cos (u) d u

部分積分を適用する

= \frac{1}{k ^{3}} [u^{2} sin (u) - \int 2 u sin (u) d u]_{0}^{kπ}

\int 2 u sin (u) d u = 2 (- u cos (u) + sin (u))

= \frac{1}{k ^{3}} [u^{2} sin (u) - 2 (- u cos (u) + sin (u))]_{0}^{kπ}

限度を計算する:

2 π (- 1)^{k} k

= \frac{1}{k ^{3}} \cdot 2 π (- 1)^{k} k

簡素化

= \frac{2 π ( - 1 ) ^{k}}{k ^{2}}