質問<3247>
「「eの積分」」
日付
質問者 ショウ
\(\frac{2006}{6}\)/12


∫e^{(\(x^{2}\))/2} dxの値をおしえてもらえないですか。
もしよければ0~∞の定積分もお願いします。

★完全解答希望★

お便り
日付 2006/6/15
回答者 亀田馬志


分からんので(笑)、フリー数式処理ソフトウェアMAXIMA(ウィンドウズ版)
使って解いてみましょう。早速ダウンロードしてみて下さい。

さて、指示に従ってインストールすると、デスクトップ上にMAXIMAのアイコンが
出来てる筈です。それをダブルクリックすると、

Maxima 5.9.3 http://maxima.sourceforge.net
Using Lisp GNU Common Lisp (GCL) GCL 2.6.7 (aka GCL)
Distributed under the GNU Public License. See the file COPYING.
Dedicated to the memory of William Schelter.
This is a development version of Maxima. The function bu\(g_{r}\)eport()
provides bug reporting information.
(%i1)

と言った画面が現れる筈です。これで起動成功です。
(%i1)ってのは「入力待ち」と言った意味ですね。このアトにコマンドを入力して
MAXIMAに様々な計算をさせるワケです。
さて、MAXIMAの積分コマンドは

integrate(関数、積分したい変数);

です。では(%i1)のアトに問題に従ってコマンドをセミコロン(;)まで入力してみましょう。

(%i1) integrate(exp(\(x^{2}\)/2),x);

アトはリターンキーを押せば計算は完了です。

%i x
sqrt(2) sqrt(%pi) %i erf(-------)
sqrt(2)
(%o1) - ---------------------------------
2

と出力されてきましたね。
書きなおすと次のようになるようです。

-{\(\sqrt{\quad}\)(2π)*i*erf(i*x/\(\sqrt{\quad}\)2)}/2

だそうです。何とまあややこしい(苦笑)。

さて、ところでerfって表記が出てますが、これは一体なんでしょう?
何だったかなあ・・・・・・?忘れてました(笑)。

erfとはError Functionの事で日本語では“誤差関数”と呼びます。ガンマ関数とか
ベータ関数のように定義された“特殊な”関数ですね。
定義はネピア数eを底とした指数関数をexp()と表記するとすれば、次のようになっています。

erf(z)=2/\(\sqrt{\quad}\)π*∫exp(-\(t^{2}\))dt (積分範囲は0~z)

また近似式はt=1/(1+p*z)として、

erf(z)=1-(a*t+b*\(t^{2}\)+c*\(t^{3}\))*exp(-\(z^{2}\))

となるようです。ただし、p=0.47047、a=0.3480242、b=-0.0958798、c=0.7478556と
言う定数とします。

そう言えば昔、大学で誤差関数習ったような気がするよ。今の今まですっかり忘れてました(笑)。

さて、ではこの誤差関数絡みの問題、

>もしよければ0~∞の定積分もお願いします。

MAXIMA使って解いてみましょうか。
区間a~bでの定積分のコマンドも基本的には全く同じで、

integrate(関数、積分したい変数,a,b);

で解く事が出来ます。では新しい入力待ち(%i2)が出てる筈なので、そのアトに
次のようにセミコロン(;)まで入力してみましょう。

(%i2) integrate(exp(\(x^{2}\)/2),x,0,inf);

んでリターンキーを押すと次のような表示が出てくる筈です。

Integral is divergent

“divergent"とは“発散”って意味です。つまり

この積分は発散します。

との事で、計算は出来ないようです。