東京大学 工学系研究科 2020年度 数学 第1問

Author

Miyake

Description

Kai

I.

II.

\(y=x^2-1\) として、

\[ \begin{aligned} I &= \int_1^\infty x^5 e^{-x^4+2x^2-1} dx \\ &= \int_1^\infty x^5 e^{-(x^2-1)^2} dx \\ &= \int_0^\infty (y+1)^2 e^{-y^2} \frac{dy}{2} \\ &= \frac{1}{2} \int_0^\infty (y^2+2y+1) e^{-y^2} dy \end{aligned} \]

ここで、

\[ \begin{aligned} \int_0^\infty e^{-y^2} dy &= \frac{1}{2} \sqrt{\pi} \\ \int_0^\infty y e^{-y^2} dy &= - \frac{1}{2} \left[ e^{-y^2} \right]_0^\infty = \frac{1}{2} \\ \int_0^\infty y^2 e^{-y^2} dy &= - \frac{1}{2} \int_0^\infty y \left( e^{-y^2} \right)' dy = - \frac{1}{2} \left[ y e^{-y^2} \right]_0^\infty + \frac{1}{2} \int_0^\infty e^{-y^2} dy = \frac{1}{4} \sqrt{\pi} \end{aligned} \]

なので、

\[ \begin{aligned} I = \frac{4+3\pi}{8} \end{aligned} \]

III.