[別館]球面倶楽部零八式markIISR

東大入試数学中心。解説なので解答としては不十分。出題年度で並ぶようにしている。大人の解法やうまい解法は極めて主観的に決めている。

1943年(昭和18年)東京帝國大學工學部-數學[3]

[3] u=\displaystyle\int_0^x e^{at}\cos bt\,dtv=\displaystyle\int_0^x e^{at}\sin bt\,dtトスレバ Tan^{-1}\dfrac{v}{u}+Tan^{-1}\dfrac{b}{a}=bxナルコトヲ證明セヨ。
(但シ Tan^{-1} \tan^{-1} ノ主値ヲ表ハスモノトス)

2020.03.31記
原典は上記の問題であったが、実際解いてみるとミスプリントと思われ、積分区間を修正した以下の問題を解いておく。

[3] u=\displaystyle\int_{-\infty}^x e^{at}\cos bt\,dtv=\displaystyle\int_{-\infty}^x e^{at}\sin bt\,dtトスレバ Tan^{-1}\dfrac{v}{u}+Tan^{-1}\dfrac{b}{a}=bxナルコトヲ證明セヨ。
(但シ Tan^{-1} \tan^{-1} ノ主値ヲ表ハスモノトス)

 i虚数単位とすると、
 u+vi=\displaystyle\int_{-\infty}^x e^{(a+bi)t}\,dt=\dfrac{1}{a+bi}\left[e^{(a+bi)t}\right]_{-\infty}^x=\dfrac{e^{(a+bi)x}}{a+bi}
つまり
 (u+vi)(a+bi)=e^a(\cos bx+i\sin bx)
となる。それぞれに偏角を考えると、
 Tan^{-1}\dfrac{v}{u}+Tan^{-1}\dfrac{b}{a}=bx
となる。

注) 最初の問題だと  (u+vi)(a+bi)=e^a(\cos bx+i\sin bx)-1 となり偏角bx ではなくなってしまう。