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dy/dx・dxは置換積分を使ってdy?

次の微分方程式を解け 2yy'=1 とありました。解答は -------------------------------- 2y・dy/dx=1の両辺をxで微分して ∫2y (dy/dx) dx=∫dx 置換積分法により ∫2y dy=∫dx ゆえに y^2=x+C (Cは任意定数) -------------------------------- となっています。ここで疑問に思ったのが ”置換積分法により”という箇所です。 これはdy/dx・dxを”約分して”dyにしてはならず、 ”置換積分法により”dyにしなくてはならない、 ということが言いたいのだと解釈しました。 疑問1. そこで、ここにおける”置換積分”とは具体的には どのような作業を指すのでしょうか? 疑問2. 以下は全て同じことを表現したいと意図している のですが、誤解を招くことはないでしょうか? 2y・dy/dx・dx    2y (dy/dx)・dx   2y dy/dx dx 2ydy/dx dx 2y*dy/dx*dx 2yとdyの間に半角スペースを入れた方がよいか ・と*と半角スペースどれが妥当か dy/dxは()でくくるべきか などなどです。

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  • kabaokaba
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回答No.2

そもそも置換積分をご存知ですか? ∫(x^2+x+c)^{100} dx とか計算したことがあれば ご存知だと思いますが? 置換積分の公式は 高校の教科書風に書くとこんな感じ ∫f(y) dy = ∫f(g(x)) g'(x) dx ただし,y=g(x) #積分区間とかgの条件は省略 これをちょろっと書き換えます. g'(x) = dy/dx とかけば ∫f(y) dy = ∫f(g(x)) g'(x) dx = ∫f(y) dy/dx dx となるので「形式上」ですが約分の形が成り立つのです. したがって「置換積分より」となります. きちんと置換積分に言及してる解説は 経験上そんなに多くはありません. その解説を書いた人はまめというか, きっちりした方なんでしょうね. 普通は,No.1さんのように 本当は初歩的な段階では「約分」ではないのにも関わらず 形式的に約分をしてしまう解説がほとんどです. そもそも,dy/dx は定義してても,dyとかdxというものは 定義してないですよね?定義してないものに対して 計算を行うというのは変なんですよ ただし,No.1さんのような「約分」というのは 実際は,上述のように「置換積分」によって正当化されるので 積分記号のもとではやってしまってかまわないのです. そして,いちいち積分記号とか書いていると まどろっこしいので,あとで積分で使うことを前提として なんだかわかんないけども,dxやdyというものを使って, さらに積分記号を省いてしまって,「普通に約分」とかして 計算してしまって,それを使うというのが現実的な解法です. つまりは「表記の問題」にすぎません. こういうふうに「省略して書く」というのが一般的で, なおかつ,あまりにうまく機能するので逆にややこしい, つまり,dxとかdyが普通の数に見えてしまうということです. これには裏があって,じつは もっと数学を勉強していくと,積分とかにまったく無関係に 関数 f に対して,df というものがでてきます. 微分形式というのですが,ここまでいくと 約分とか,そもそも``dx''ってなんだ?という問題は すべて解決されます. さらにこの微分形式ってものに対して「積分」という演算が 定義されるのですが,それは「普通の積分」とうまく 噛み合うように定義されます.

okwave1988
質問者

お礼

まず、置換積分というものを勘違いしていました。 自分は ∫x√(x+3)dx というような問題のときに √(x+3)=t とおく、というようなものを置換積分 だと思っていました。参考書を見直したところ、 確かに2度(2周)通過したはずですが、他の方法(?) で解けてしまったようで、置換積分についての 理解は無意識に飛ばしていたようです。 つまり今回のミスは、置換積分を理解していた 気になっていたという勘違いからでした。 今、参考書を見ながら考えてみたのですが、 たしかに、当てはめればそうなる。でも、これって そんなにすごい知識なの?って感じです。イマイチ この概念の必要性みたいなものが見えてきません。 少し類題解いて考えて見ます。 回答ありがとうございました。

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その他の回答 (1)

  • akitaken
  • ベストアンサー率23% (11/47)
回答No.1

置換積分とかは良く分りませんが、私の使う解法を。 2y・dy/dx=1 両辺にdxをかけて 2y・dy=dx 両辺積分して ∫2ydy=∫dx y^2+C1=x+C2 よって y^2=x+C3

okwave1988
質問者

お礼

>両辺にdxをかけて これをしちゃまずいと思ったので質問してみました。 解法は参考にさせていただきます。このように100% 四則演算が常に通用するならよいのですが。 回答ありがとうございました。

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