문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 적분법

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유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

22문제 · 1 / 2쪽

1.OpenStax 1권 · 4.10절 · 27번우리말 풀이

다음 문제에서 적분을 구하세요.

∫sin⁡x dx\int \sin x\,dx

영어 원문 보기

For the following exercises, evaluate the integral.

∫sin⁡xdx\int \sin xdx

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

풀이 보기

미분하면 sin⁡x\sin x가 되는 함수를 떠올려요. cos⁡x\cos x를 미분하면 −sin⁡x-\sin x예요.

  1. 1

    부정적분은 미분하면 sin⁡x\sin x가 되는 함수예요. (cos⁡x)′=−sin⁡x(\cos x)'=-\sin x이므로 부호가 반대인 −cos⁡x-\cos x를 생각해요.

  2. 2

    확인해 봐요. (−cos⁡x)′=−(−sin⁡x)=sin⁡x(-\cos x)'=-(-\sin x)=\sin x로 맞아요. 상수는 미분하면 00이므로 적분상수 CC를 붙여요. ∫sin⁡x dx=−cos⁡x+C\int\sin x\,dx=-\cos x+C

답

−cos⁡x+C-\cos x+C

자주 하는 실수

sin⁡x\sin x의 부정적분을 cos⁡x\cos x로 쓰는 부호 실수가 많아요.

원본 교재 풀이(영어)

−cos⁡x+C-\cos x+C

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.6절 · 24번
2.OpenStax 1권 · 5.3절 · 40번우리말 풀이

다음 문제에서 미적분의 기본정리 2부를 이용하여 각 정적분의 값을 구하세요.

∫0π/2sin⁡θ dθ\int_{0}^{\pi/2}\sin\theta\,d\theta

영어 원문 보기

In the following exercises, evaluate each definite integral using the Fundamental Theorem of Calculus, Part 2.

∫0π/2sin⁡θdθ{\int }_{0}^{\pi /2}\sin \theta d\theta

풀이 보기

부정적분 FF를 찾아 F(위끝)−F(아래끝)F(\text{위끝})-F(\text{아래끝})을 계산해요.

  1. 1

    sin⁡θ\sin\theta의 부정적분 하나는 F(θ)=−cos⁡θF(\theta)=-\cos\theta예요. 미분하면 sin⁡θ\sin\theta가 되는 것을 확인할 수 있어요.

  2. 2

    기본정리 2부에 의해 ∫0π/2sin⁡θ dθ=F(π2)−F(0)\int_0^{\pi/2}\sin\theta\,d\theta=F\left(\frac\pi2\right)-F(0)예요.

  3. 3

    F(π2)=−cos⁡π2=0F\left(\frac\pi2\right)=-\cos\frac\pi2=0, F(0)=−cos⁡0=−1F(0)=-\cos0=-1이므로 0−(−1)=10-(-1)=1이에요.

답

11

자주 하는 실수

F(0)=−1F(0)=-1을 빼는 부호를 놓쳐 −1-1이라고 답해요.

원본 교재 풀이(영어)

F(x)=−cos⁡x,F(π2)−F(0)=1F(x)=-\cos x,F\left(\frac{\pi }{2}\right)-F(0)=1

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 4.10절 · 41번
3.OpenStax 1권 · 5.4절 · 3번우리말 풀이

기본 적분 공식을 이용하여 다음 부정적분 또는 정적분을 계산하세요.

∫dx2x\int\frac{dx}{2x}

영어 원문 보기

Use basic integration formulas to compute the following antiderivatives or definite integrals.

∫dx2x\int \frac{dx}{2x}

풀이 보기

상수 12\frac12을 적분 밖으로 꺼내면 ∫1xdx=ln⁡∣x∣\int\frac1x dx=\ln|x|를 쓸 수 있어요.

  1. 1

    12x=12⋅1x\frac{1}{2x}=\frac12\cdot\frac1x이므로 상수배를 앞으로 꺼내요. ∫dx2x=12∫1x dx\int\frac{dx}{2x}=\frac12\int\frac1x\,dx예요.

  2. 2

    ∫1x dx=ln⁡∣x∣+C\int\frac1x\,dx=\ln|x|+C이므로 12ln⁡∣x∣+C\frac12\ln|x|+C예요. xx가 음수일 수도 있으므로 절댓값을 붙여요.

답

12ln⁡∣x∣+C\frac12\ln|x|+C

자주 하는 실수

2x2x를 한 덩어리로 보고 ln⁡∣2x∣\ln|2x|로 쓴 뒤 22를 곱하지 않는 등 계수를 틀려요. (상수는 CC에 흡수되지만 앞의 12\frac12은 남아요.)

원본 교재 풀이(영어)

∫dx2x=12ln⁡∣x∣+C\int \frac{dx}{2x}=\frac{1}{2}\ln |x|+C

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.6절 · 60번
4.OpenStax 1권 · 5.5절 · 12번우리말 풀이

다음 문제에서 주어진 치환을 써서 부정적분을 구하세요.

∫xx2+1dx;u=x2+1\int \frac{x}{\sqrt{{x}^{2}+1}}dx;u={x}^{2}+1

영어 원문 보기

In the following exercises, find the antiderivative using the indicated substitution.

∫xx2+1dx;u=x2+1\int \frac{x}{\sqrt{{x}^{2}+1}}dx;u={x}^{2}+1

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

풀이 보기

u=x2+1u=x^2+1 이면 du=2x dxdu=2x\,dx 이므로 분자의 x dxx\,dx 가 12du\frac12du 로 바뀌어요.

  1. 1

    왜 이렇게 할까요? 분모 안의 식 x2+1x^2+1 을 uu 로 놓으면 그 도함수 2x2x 가 분자에 (상수배로) 들어 있어서 식이 간단해져요.

  2. 2

    dudu 를 구해요. u=x2+1u=x^2+1 의 양변을 미분하면 du=2x dxdu=2x\,dx, 즉 x dx=12dux\,dx=\frac12du 예요.

  3. 3

    치환해서 적분해요. ∫x dxx2+1=12∫u−1/2du=12⋅2u1/2+C=u+C\int\frac{x\,dx}{\sqrt{x^2+1}}=\frac12\int u^{-1/2}du=\frac12\cdot 2u^{1/2}+C=\sqrt{u}+C

  4. 4

    xx 로 되돌려요. u=x2+1u=x^2+1 을 다시 넣으면 x2+1+C\sqrt{x^2+1}+C 예요.

답

x2+1+C\sqrt{x^2+1}+C

자주 하는 실수

du=2x dxdu=2x\,dx 에서 12\frac12 을 빼먹거나, 마지막에 uu 를 xx 로 되돌리지 않아요.

원본 교재 풀이(영어)

x2+1+C\sqrt{{x}^{2}+1}+C

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.5절 · 50번
# 치환적분법계산기본
5.OpenStax 1권 · 6.4절 · 1번우리말 풀이

다음 문제에서 주어진 구간에서 함수의 그래프의 길이를 구하세요.

y=5xy=5x (x=0x=0 부터 x=2x=2 까지)

영어 원문 보기

For the following exercises, find the length of the functions over the given interval.

y=5x from x=0 to x=2y=5x\,\text{from}\,x=0\,\text{to}\,x=2

답 쓰고 채점
풀이 보기

곡선의 길이는 ∫1+(y′)2 dx\int\sqrt{1+(y')^2}\,dx 예요.

  1. 1

    곡선 y=f(x)y=f(x) 의 x=ax=a 부터 bb 까지의 길이는 L=∫ab1+{f′(x)}2 dxL=\int_a^b\sqrt{1+\{f'(x)\}^2}\,dx 예요.

  2. 2

    y′=5y'=5 이므로 1+25=26\sqrt{1+25}=\sqrt{26} 이에요.

  3. 3

    L=∫0226 dx=26 [x]02=226L=\int_0^2\sqrt{26}\,dx=\sqrt{26}\,[x]_0^2=2\sqrt{26}

  4. 4

    검산해요. 두 점 (0,0)(0,0), (2,10)(2,10) 사이의 거리는 22+102=104=226\sqrt{2^2+10^2}=\sqrt{104}=2\sqrt{26} 으로 같아요.

답

2262\sqrt{26}

자주 하는 실수

근호 안에서 1+521+5^2 대신 1+51+5 로 쓰는 실수가 많아요. 기울기는 제곱해요.

원본 교재 풀이(영어)

2262\sqrt{26}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 6.4절 · 41번
# 곡선의 길이계산기본
6.OpenStax 2권 · 3.1절 · 5번우리말 풀이

부분적분법을 쓸 때는 어느 식을 uu 로 놓을지 신중히 골라야 해요. 다음 각 문제에서 이 절의 지침을 써서 uu 를 고르세요. 적분을 계산하지는 마세요.

∫e3xsin⁡(2x)dx\int {e}^{3x}\sin (2x)dx

영어 원문 보기

In using the technique of integration by parts, you must carefully choose which expression is u. For each of the following problems, use the guidelines in this section to choose u. Do not evaluate the integrals.

∫e3xsin⁡(2x)dx\int {e}^{3x}\sin (2x)dx

답 쓰고 채점
풀이 보기

uu 는 미분했을 때 간단해지거나 같은 꼴로 돌아오는 쪽으로 고르고, 보통 삼각함수를 지수함수보다 먼저(=u 로) 놓아요.

  1. 1

    왜 이렇게 할까요? 부분적분 ∫u dv=uv−∫v du\int u\,dv=uv-\int v\,du 에서 uu 를 고르는 기준이 필요해요. 흔히 로그·역삼각·다항·삼각·지수 순서(앞쪽일수록 uu 로 놓음)로 고르는 지침을 써요.

  2. 2

    이 문제에 적용해요. 곱해진 두 함수는 e3xe^{3x} (지수함수)와 sin⁡(2x)\sin(2x) (삼각함수)예요. 지침에서 삼각함수가 지수함수보다 앞이므로 u=sin⁡(2x)u=\sin(2x), dv=e3xdxdv=e^{3x}dx 로 놓아요.

  3. 3

    참고. 이 적분은 두 번 부분적분하면 처음 적분이 다시 나타나는 꼴이라, 어느 쪽을 uu 로 잡아도 두 번 모두 같은 방식으로 잡기만 하면 풀려요.

답

u=sin⁡(2x)u=\sin(2x) (그러면 dv=e3xdxdv=e^{3x}dx)

자주 하는 실수

두 번째 부분적분에서 uu 와 dvdv 의 역할을 바꿔서 처음 식으로 되돌아가 버려요.

원본 교재 풀이(영어)

u=sin⁡(2x)u=\sin (2x)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.1절 · 41번
# 부분적분법개념 확인기본
7.OpenStax 2권 · 3.1절 · 21번우리말 풀이

가장 간단한 방법으로 적분하세요. 모든 문제에 부분적분이 필요한 것은 아니에요.

∫xe−x2dx\int x{e}^{-{x}^{2}}dx

영어 원문 보기

Find the integral by using the simplest method. Not all problems require integration by parts.

∫xe−x2dx\int x{e}^{-{x}^{2}}dx

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

풀이 보기

지수 −x2-x^2 의 도함수 −2x-2x 가 앞의 xx 와 상수배 차이이므로, 부분적분 말고 치환적분이 더 간단해요.

  1. 1

    왜 이렇게 할까요? xx 와 e−x2e^{-x^2} 의 곱이라 부분적분이 떠오르지만, e−x2e^{-x^2} 의 속함수 −x2-x^2 를 미분하면 −2x-2x 로 xx 와 닮았어요. 이럴 땐 치환적분이 훨씬 간단해요.

  2. 2

    치환해요. u=−x2u=-x^2 으로 놓으면 du=−2x dxdu=-2x\,dx, 즉 x dx=−12dux\,dx=-\frac12du 예요.

  3. 3

    적분해요. ∫xe−x2dx=−12∫eu du=−12eu+C\int xe^{-x^2}dx=-\frac12\int e^u\,du=-\frac12e^u+C

  4. 4

    xx 로 되돌려요. −e−x22+C-\frac{e^{-x^2}}{2}+C 미분하면 −12e−x2⋅(−2x)=xe−x2-\frac12e^{-x^2}\cdot(-2x)=xe^{-x^2} 으로 확인돼요.

답

−e−x22+C-\dfrac{e^{-x^2}}{2}+C

자주 하는 실수

모든 곱의 꼴에 부분적분을 쓰려다 계산이 더 복잡해져요. 속함수의 도함수가 보이면 치환을 먼저 생각해요.

원본 교재 풀이(영어)

−e−x22+C-\frac{{e}^{-{x}^{2}}}{2}+C

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.5절 · 44번
# 치환적분법계산기본
8.CLP-2 · 1.4절 · 2번우리말 번역

다음 추론은 타당한가요? 타당하지 않다면 바로잡으세요.

문제: ∫(2x+1)2dx\displaystyle\int (2x+1)^2 \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

풀이: 치환 u=2x+1u=2x+1 을 사용한다. 그러면:

∫(2x+1)2dx=∫u2 du=13u3+C=13(2x+1)3+C\begin{aligned} \int (2x+1)^2 \mathrm{d}x&=\int u^2\ \mathrm{d}u\\ &=\frac{1}{3}u^3+C\\ &=\frac{1}{3}\left(2x+1\right)^3+C \end{aligned}

영어 원문 보기

Is the following reasoning sound? If not, fix it.

Problem: Evaluate ∫(2x+1)2dx\displaystyle\int (2x+1)^2 \mathrm{d}x.

Work: We use the substitution u=2x+1u=2x+1. Then:

∫(2x+1)2dx=∫u2 du=13u3+C=13(2x+1)3+C\begin{aligned} \int (2x+1)^2 \mathrm{d}x&=\int u^2\ \mathrm{d}u\\ &=\frac{1}{3}u^3+C\\ &=\frac{1}{3}\left(2x+1\right)^3+C \end{aligned}

정답·풀이 보기

이 추론은 타당하지 않다. 치환을 할 때에는 미분 요소(dx\mathrm{d}x)를 처리해야 한다. 치환적분법은 연쇄 법칙에서 나온 것임을 기억하자. 즉, 함수와 그 도함수가 함께 있어야 한다. 다음과 같이 하면 된다:

문제: ∫(2x+1)2dx\displaystyle\int (2x+1)^2 \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

풀이: 치환 u=2x+1u=2x+1 을 사용한다. 그러면 du=2dx\mathrm{d}u=2\mathrm{d}x 이므로 dx=12du\mathrm{d}x = \frac{1}{2}\mathrm{d}u 이다:

∫(2x+1)2dx=∫u2⋅12 du=16u3+C=16(2x+1)3+C\begin{aligned} \int (2x+1)^2 \mathrm{d}x&=\int u^2\cdot \frac{1}{2}\ \mathrm{d}u\\ &=\frac{1}{6}u^3+C\\ &=\frac{1}{6}\left(2x+1\right)^3+C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The reasoning is not sound: when we do a substitution, we need to take care of the differential (dx\mathrm{d}x). Remember the method of substitution comes from the chain rule: there should be a function and its derivative. Here's the way to do it:

Problem: Evaluate ∫(2x+1)2dx\displaystyle\int (2x+1)^2 \mathrm{d}x.

Work: We use the substitution u=2x+1u=2x+1. Then du=2dx\mathrm{d}u=2\mathrm{d}x, so dx=12du\mathrm{d}x = \frac{1}{2}\mathrm{d}u:

∫(2x+1)2dx=∫u2⋅12 du=16u3+C=16(2x+1)3+C\begin{aligned} \int (2x+1)^2 \mathrm{d}x&=\int u^2\cdot \frac{1}{2}\ \mathrm{d}u\\ &=\frac{1}{6}u^3+C\\ &=\frac{1}{6}\left(2x+1\right)^3+C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.4절 · 6번
# 치환적분법계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
9.CLP-2 · 1.4절 · 4번우리말 번역

다음 추론이 타당한지 판단하세요. 타당하지 않다면 고치세요.

문제: ∫0π/4xtan⁡(x2) dx\displaystyle\int_{0}^{\pi/4} x\tan (x^2) \ \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

풀이: 먼저 치환 u=x2u=x^2, du=2xdx\mathrm{d}u = 2x\mathrm{d}x 를 사용한다:

∫0π/4xtan⁡(x2) dx=∫0π/412tan⁡(x2)⋅2xdx=∫0π2/1612tan⁡u du=12∫0π2/16sin⁡ucos⁡udu이제 치환 v=cos⁡u, dv=−sin⁡u du 를 사용한다:=12∫cos⁡0cos⁡(π2/16)−1vdv=−12∫1cos⁡(π2/16)1vdv=−12[log⁡∣v∣]1cos⁡(π2/16)=−12(log⁡(cos⁡(π2/16))−log⁡(1))=−12log⁡(cos⁡(π2/16))\begin{aligned} \int_{0}^{\pi/4} x\tan (x^2) \ \mathrm{d}x&= \int_{0}^{\pi/4} \frac{1}{2}\tan(x^2)\cdot 2x\mathrm{d}x\\ &=\int_{0}^{\pi^2/16} \frac{1}{2}\tan u\ \mathrm{d}u\\ &=\frac{1}{2}\int_{0}^{\pi^2/16} \dfrac{\sin u}{\cos u}\mathrm{d}u \\ \text{이제 치환 $v=\cos u$, $\mathrm{d}v=-\sin u \ \mathrm{d}u$ 를 사용한다:} \\ &=\frac{1}{2}\int_{\cos 0}^{\cos(\pi^2/16)} -\dfrac{1}{v}\mathrm{d}v\\ &=-\frac{1}{2}\int_{1}^{\cos(\pi^2/16)} \dfrac{1}{v}\mathrm{d}v\\ &=-\frac{1}{2}\left[\log|v|\right]_{1}^{\cos(\pi^2/16)}\\ &=-\frac{1}{2}\left(\log\left(\cos(\pi^2/16)\right)-\log(1)\right)\\ &=-\frac{1}{2}\log\left(\cos(\pi^2/16)\right) \end{aligned}

영어 원문 보기

Is the following reasoning sound? If not, fix it.

Problem: Evaluate ∫0π/4xtan⁡(x2) dx\displaystyle\int_{0}^{\pi/4} x\tan (x^2) \ \mathrm{d}x.

Work: We begin with the substitution u=x2u=x^2, du=2xdx\mathrm{d}u = 2x\mathrm{d}x:

∫0π/4xtan⁡(x2) dx=∫0π/412tan⁡(x2)⋅2xdx=∫0π2/1612tan⁡u du=12∫0π2/16sin⁡ucos⁡uduNow we use the substitution v=cos⁡u, dv=−sin⁡u du:=12∫cos⁡0cos⁡(π2/16)−1vdv=−12∫1cos⁡(π2/16)1vdv=−12[log⁡∣v∣]1cos⁡(π2/16)=−12(log⁡(cos⁡(π2/16))−log⁡(1))=−12log⁡(cos⁡(π2/16))\begin{aligned} \int_{0}^{\pi/4} x\tan (x^2) \ \mathrm{d}x&= \int_{0}^{\pi/4} \frac{1}{2}\tan(x^2)\cdot 2x\mathrm{d}x\\ &=\int_{0}^{\pi^2/16} \frac{1}{2}\tan u\ \mathrm{d}u\\ &=\frac{1}{2}\int_{0}^{\pi^2/16} \dfrac{\sin u}{\cos u}\mathrm{d}u \\ \text{Now we use the substitution $v=\cos u$, $\mathrm{d}v=-\sin u \ \mathrm{d}u$:} \\ &=\frac{1}{2}\int_{\cos 0}^{\cos(\pi^2/16)} -\dfrac{1}{v}\mathrm{d}v\\ &=-\frac{1}{2}\int_{1}^{\cos(\pi^2/16)} \dfrac{1}{v}\mathrm{d}v\\ &=-\frac{1}{2}\left[\log|v|\right]_{1}^{\cos(\pi^2/16)}\\ &=-\frac{1}{2}\left(\log\left(\cos(\pi^2/16)\right)-\log(1)\right)\\ &=-\frac{1}{2}\log\left(\cos(\pi^2/16)\right) \end{aligned}

정답·풀이 보기

더 짧은 방법이 있을 수도 있지만, 여기서의 추론은 타당하다.

문제: ∫0π/4xtan⁡(x2) dx\displaystyle\int_{0}^{\pi/4} x\tan (x^2) \ \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

풀이: 먼저 치환 u=x2u=x^2, du=2xdx\mathrm{d}u = 2x\mathrm{d}x 를 사용한다:

u=x2u=x^2 이면 dudx=2x\frac{\mathrm{d}u}{\mathrm{d}x} = 2x 이므로 실제로 du=2xdx\mathrm{d}u=2x\mathrm{d}x 이다.

∫0π/4xtan⁡(x2) dx=∫0π/412tan⁡(x2)⋅2xdx식 정리=∫0π2/1612tan⁡u du피적분함수, 미분소, 적분 구간의 모든 부분이 x 에서 u 로 바뀌었다.=12∫0π2/16sin⁡ucos⁡udutan⁡u=sin⁡ucos⁡u이제 치환 v=cos⁡u, dv=−sin⁡u du 를 사용한다:=12∫cos⁡0cos⁡(π2/16)−1vdv피적분함수, 미분, 적분 구간의 모든 부분이 u 에서 v 로 바뀌었다.=−12∫1cos⁡(π2/16)1vdvcos⁡(0)=1=−12[log⁡∣v∣]1cos⁡(π2/16)미적분의 기본 정리 2부=−12(log⁡(cos⁡(π2/16))−log⁡(1))=−12log⁡(cos⁡(π2/16))log⁡(1)=0\begin{aligned} \int_{0}^{\pi/4} x\tan (x^2) \ \mathrm{d}x&= \int_{0}^{\pi/4} \frac{1}{2}\tan(x^2)\cdot 2x\mathrm{d}x&\text{식 정리}\\ &=\int_{0}^{\pi^2/16} \frac{1}{2}\tan u\ \mathrm{d}u \\ \text{\text{피적분함수, 미분소, 적분 구간의 모든 부분이 $x$ 에서 $u$ 로 바뀌었다.}} \\ &=\frac{1}{2}\int_{0}^{\pi^2/16} \dfrac{\sin u}{\cos u}\mathrm{d}u & \tan u = \frac{\sin u}{\cos u}\\ \\ \text{이제 치환 $v=\cos u$, $\mathrm{d}v=-\sin u \ \mathrm{d}u$ 를 사용한다:} \\ &=\frac{1}{2}\int_{\cos 0}^{\cos(\pi^2/16)} -\dfrac{1}{v}\mathrm{d}v \\ \text{\text{피적분함수, 미분, 적분 구간의 모든 부분이 $u$ 에서 $v$ 로 바뀌었다.}} \\ &=-\frac{1}{2}\int_{1}^{\cos(\pi^2/16)} \dfrac{1}{v}\mathrm{d}v& \cos(0)=1\\ &=-\frac{1}{2}\bigg[\log|v|\bigg]_{1}^{\cos(\pi^2/16)}&\text{미적분의 기본 정리 2부}\\ &=-\frac{1}{2}\left(\log\left(\cos(\pi^2/16)\right)-\log(1)\right)\\ &=-\frac{1}{2}\log\left(\cos(\pi^2/16)\right)& \log(1)=0 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Perhaps shorter ways exist, but the reasoning here is valid.

Problem: Evaluate ∫0π/4xtan⁡(x2) dx\displaystyle\int_{0}^{\pi/4} x\tan (x^2) \ \mathrm{d}x.

Work: We begin with the substitution u=x2u=x^2, du=2xdx\mathrm{d}u = 2x\mathrm{d}x:

If u=x2u=x^2, then dudx=2x\frac{\mathrm{d}u}{\mathrm{d}x} = 2x, so indeed du=2xdx\mathrm{d}u=2x\mathrm{d}x.

∫0π/4xtan⁡(x2) dx=∫0π/412tan⁡(x2)⋅2xdxalgebra=∫0π2/1612tan⁡u duEvery piece is changed from x to u: integrand, differential, limits.=12∫0π2/16sin⁡ucos⁡udutan⁡u=sin⁡ucos⁡uNow we use the substitution v=cos⁡u, dv=−sin⁡u du:=12∫cos⁡0cos⁡(π2/16)−1vdvEvery piece is changed from u to v: integrand, differential, limits.=−12∫1cos⁡(π2/16)1vdvcos⁡(0)=1=−12[log⁡∣v∣]1cos⁡(π2/16)FTC Part 2=−12(log⁡(cos⁡(π2/16))−log⁡(1))=−12log⁡(cos⁡(π2/16))log⁡(1)=0\begin{aligned} \int_{0}^{\pi/4} x\tan (x^2) \ \mathrm{d}x&= \int_{0}^{\pi/4} \frac{1}{2}\tan(x^2)\cdot 2x\mathrm{d}x&\text{algebra}\\ &=\int_{0}^{\pi^2/16} \frac{1}{2}\tan u\ \mathrm{d}u \\ \text{\text{Every piece is changed from $x$ to $u$: integrand, differential, limits.}} \\ &=\frac{1}{2}\int_{0}^{\pi^2/16} \dfrac{\sin u}{\cos u}\mathrm{d}u & \tan u = \frac{\sin u}{\cos u}\\ \\ \text{Now we use the substitution $v=\cos u$, $\mathrm{d}v=-\sin u \ \mathrm{d}u$:} \\ &=\frac{1}{2}\int_{\cos 0}^{\cos(\pi^2/16)} -\dfrac{1}{v}\mathrm{d}v \\ \text{\text{Every piece is changed from $u$ to $v$: integrand, differential, limits.}} \\ &=-\frac{1}{2}\int_{1}^{\cos(\pi^2/16)} \dfrac{1}{v}\mathrm{d}v& \cos(0)=1\\ &=-\frac{1}{2}\bigg[\log|v|\bigg]_{1}^{\cos(\pi^2/16)}&\text{FTC Part 2}\\ &=-\frac{1}{2}\left(\log\left(\cos(\pi^2/16)\right)-\log(1)\right)\\ &=-\frac{1}{2}\log\left(\cos(\pi^2/16)\right)& \log(1)=0 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.5절 · 4번
# 치환적분법계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
10.CLP-2 · 1.4절 · 6번우리말 번역

ff 와 gg 가 모든 곳에서 연속이고 미분가능한 함수라 하자. ∫f′(g(x))g′(x) dx−f(g(x))\int f'(g(x))g'(x)\ \mathrm{d}x - f(g(x)) 를 간단히 하세요.

영어 원문 보기

Let ff and gg be functions that are continuous and differentiable everywhere. Simplify ∫f′(g(x))g′(x) dx−f(g(x)).\int f'(g(x))g'(x)\ \mathrm{d}x - f(g(x)).

정답·풀이 보기

연쇄 법칙을 이용하면 다음을 알 수 있다. ddx{f(g(x))}=f′(g(x))g′(x)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{f(g(x))\}=f'(g(x))g'(x) 따라서 f(g(x)) f(g(x)) 는 f′(g(x))g′(x) f'(g(x))g'(x) 의 부정적분이다. f′(g(x))g′(x)f'(g(x))g'(x) 의 모든 부정적분은 상수만큼만 차이가 나므로 다음이 성립한다.

∫f′(g(x))g′(x) dx−f(g(x))=f(g(x))+C−f(g(x))=C\begin{aligned} \int f'(g(x))g'(x)\ \mathrm{d}x - f(g(x))&= f(g(x))+C-f(g(x))\\ &=C \end{aligned}

즉, 주어진 식은 어떤 상수 CC 로 간단히 된다.

참고: ∫f′(g(x))g′(x) dt−f(g(x))=C\int f'(g(x))g'(x)\ \mathrm{d}t - f(g(x))=C 이므로 다음과 같이 결론짓는다. ∫f′(g(x))g′(x) dt=f(g(x))+C\int f'(g(x))g'(x)\ \mathrm{d}t = f(g(x))+C 이것이 바로 적분에서 치환을 하는 방법이다.

원본 교재 풀이(영어)

Using the chain rule, we see that ddx{f(g(x))}=f′(g(x))g′(x)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{f(g(x))\}=f'(g(x))g'(x) So, f(g(x)) f(g(x)) is an antiderivative of f′(g(x))g′(x) f'(g(x))g'(x). All antiderivatives of f′(g(x))g′(x)f'(g(x))g'(x) differ by only a constant, so:

∫f′(g(x))g′(x) dx−f(g(x))=f(g(x))+C−f(g(x))=C\begin{aligned} \int f'(g(x))g'(x)\ \mathrm{d}x - f(g(x))&= f(g(x))+C-f(g(x))\\ &=C \end{aligned}

That is, our expression simplifies to some constant CC.

Remark: since ∫f′(g(x))g′(x) dt−f(g(x))=C\int f'(g(x))g'(x)\ \mathrm{d}t - f(g(x))=C we conclude ∫f′(g(x))g′(x) dt=f(g(x))+C\int f'(g(x))g'(x)\ \mathrm{d}t = f(g(x))+C which is precisely how we perform substitution on integrals.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.4절 · 7번
# 치환적분법계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
11.CLP-2 · 1.5절 · 1번우리말 번역

x=0x=0 에서 x=πx=\pi 까지 y=cos⁡xy=\cos x 와 y=sin⁡xy=\sin x 의 그래프 사이의 넓이를 직사각형 n=4n=4 개를 사용한 왼쪽 리만 합으로 어림하려고 한다.

(a) 아래 그래프에 네 개의 직사각형을 그리세요. (b) 리만 합으로 어림한 값을 계산하세요.

그림

영어 원문 보기

We want to approximate the area between the graphs of y=cos⁡xy=\cos x and y=sin⁡xy=\sin x from x=0x=0 to x=πx=\pi using a left Riemann sum with n=4n=4 rectangles.

(a) On the graph below, sketch the four rectangles. (b) Calculate the Riemann approximation.

figure

정답·풀이 보기

그림

직사각형의 구간은 [0,π4][0,\frac{\pi}{4}], [π4,π2][\frac{\pi}{4},\frac{\pi}{2}], [π2,3π4][\frac{\pi}{2},\frac{3\pi}{4}], [3π4,π][\frac{3\pi}{4},\pi] 이다. 왼쪽 리만 합을 구하므로 각 구간의 왼쪽 끝점에서 직사각형의 높이를 구한다.

  • x=0x = 0: cos⁡0\cos 0 에서 sin⁡0\sin 0 까지의 거리는 1이므로 첫 번째 직사각형의 높이는 1이다.
  • x=π4x = \frac{\pi}{4}: cos⁡π4\cos \frac{\pi}{4} 에서 sin⁡π4\sin \frac{\pi}{4} 까지의 거리는 0이므로 두 번째 직사각형의 높이는 0이다.
  • x=π2x = \frac{\pi}{2}: cos⁡π2\cos \frac{\pi}{2} 에서 sin⁡π2\sin \frac{\pi}{2} 까지의 거리는 1이므로 세 번째 직사각형의 높이는 1이다.
  • x=3π4x = \frac{3\pi}{4}: cos⁡3π4\cos \frac{3\pi}{4} 에서 sin⁡3π4\sin \frac{3\pi}{4} 까지의 거리는 sin⁡(3π/4)−cos⁡(3π/4)=12−(−12)=2\sin(3\pi/4)-\cos(3\pi/4) =\frac{1}{\sqrt{2}}-\left(-\frac{1}{\sqrt{2}}\right)=\sqrt{2} 이므로 네 번째 직사각형의 높이는 2\sqrt{2} 이다.

따라서 두 곡선 사이의 넓이의 근삿값은 π4(1+0+1+2)=π4(2+2)\frac{\pi}{4}\left(1+0+1+\sqrt{2}\right)=\frac{\pi}{4}\left(2+\sqrt{2}\right)

원본 교재 풀이(영어)

figure

The intervals of our rectangles are [0,π4][0,\frac{\pi}{4}], [π4,π2][\frac{\pi}{4},\frac{\pi}{2}], [π2,3π4][\frac{\pi}{2},\frac{3\pi}{4}], and [3π4,π][\frac{3\pi}{4},\pi]. Since we're taking a left Riemann sum, we find the height of the rectangles at the left endpoints of the intervals.

  • x=0x = 0: The distance from cos⁡0\cos 0 to sin⁡0\sin 0 is 1, so our first rectangle has height 1.
  • x=π4x = \frac{\pi}{4}: The distance from cos⁡π4\cos \frac{\pi}{4} to sin⁡π4\sin \frac{\pi}{4} is 0, so our second rectangle has height 0.
  • x=π2x = \frac{\pi}{2}: The distance from cos⁡π2\cos \frac{\pi}{2} to sin⁡π2\sin \frac{\pi}{2} is 1, so our third rectangle has height 1.
  • x=3π4x = \frac{3\pi}{4}: The distance from cos⁡3π4\cos \frac{3\pi}{4} to sin⁡3π4\sin \frac{3\pi}{4} is sin⁡(3π/4)−cos⁡(3π/4)=12−(−12)=2\sin(3\pi/4)-\cos(3\pi/4) =\frac{1}{\sqrt{2}}-\left(-\frac{1}{\sqrt{2}}\right)=\sqrt{2} , so our fourth rectangle has height 2\sqrt{2}.

So, our approximation for the area between the two curves is π4(1+0+1+2)=π4(2+2)\frac{\pi}{4}\left(1+0+1+\sqrt{2}\right)=\frac{\pi}{4}\left(2+\sqrt{2}\right)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 6.1절 · 1번
# 넓이(여러 가지 함수)그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
12.CLP-2 · 1.5절 · 2번우리말 번역

곡선 y=arcsin⁡(2xπ)y=\arcsin\left(\dfrac{2x}{\pi}\right) 와 y=πx2y=\sqrt{\dfrac{\pi x}{2}} 사이의 유계 영역의 넓이를 n=5n=5 개의 직사각형을 사용하여 어림하려고 합니다.

(a) 아래 그림에 오른쪽 리만 합에 해당하는 (세로) 직사각형 다섯 개를 그리세요. (b) 가로 직사각형을 사용한다면 쓸 수 있는 직사각형 다섯 개를 아래 그림에 그리세요.

그림

영어 원문 보기

We want to approximate the bounded area between the curves y=arcsin⁡(2xπ)y=\arcsin\left(\dfrac{2x}{\pi}\right) and y=πx2y=\sqrt{\dfrac{\pi x}{2}} using n=5n=5 rectangles.

(a) Draw the five (vertical) rectangles on the picture below corresponding to a right Riemann sum. (b) Draw five rectangles on the picture below we might use if we were using horizontal rectangles.

figure

정답·풀이 보기

(a) x=0x=0 에서 x=π2x=\frac{\pi}{2} 까지의 구간에서 넓이를 구하고 있다. n=5n=5 개의 직사각형을 사용하므로 직사각형은 다음 구간들을 덮는다. [0,π10],[π10,π5],[π5,3π10],[3π10,2π5],[2π5,π2].\left[0,\frac{\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{\pi}{10},\frac{\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{\pi}{5},\frac{3\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{3\pi}{10},\frac{2\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{2\pi}{5},\frac{\pi}{2}\right].

그림 (b) y=0y=0 에서 y=π2y=\frac{\pi}{2} 까지의 구간에서 넓이를 구하고 있다. (일반적으로 가로 직사각형에서 세로 직사각형으로 바꾸면 적분 구간의 끝점이 달라진다. 이 예에서 같은 것은 우연일 뿐이다.) n=5n=5 개의 직사각형을 사용하므로 이 직사각형들은 yy축의 다음 구간들을 덮는다. [0,π10],[π10,π5],[π5,3π10],[3π10,2π5],[2π5,π2].\left[0,\frac{\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{\pi}{10},\frac{\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{\pi}{5},\frac{3\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{3\pi}{10},\frac{2\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{2\pi}{5},\frac{\pi}{2}\right].

문제에서 어느 쪽 끝점을 사용할지 정하지 않았다. (a)와 맞추어 위쪽 끝점을 사용하자.

그림

원본 교재 풀이(영어)

(a) We are finding the area in the interval from x=0x=0 to x=π2x=\frac{\pi}{2}. Since we're taking n=5n=5 rectangles, our rectangles cover the following intervals: [0,π10],[π10,π5],[π5,3π10],[3π10,2π5],[2π5,π2].\left[0,\frac{\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{\pi}{10},\frac{\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{\pi}{5},\frac{3\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{3\pi}{10},\frac{2\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{2\pi}{5},\frac{\pi}{2}\right].

figure (b) We are finding the area in the interval from y=0y=0 to y=π2y=\frac{\pi}{2}. (In general, when we switch from horizontal rectangles to vertical, the limits of integration will change–it's only coincidence that they are the same in this example.) Since we're taking n=5n=5 rectangles, these rectangles cover the following intervals of the yy-axis: [0,π10],[π10,π5],[π5,3π10],[3π10,2π5],[2π5,π2].\left[0,\frac{\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{\pi}{10},\frac{\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{\pi}{5},\frac{3\pi}{10}\right],\quad \left[\frac{3\pi}{10},\frac{2\pi}{5}\right],\quad \left[\frac{2\pi}{5},\frac{\pi}{2}\right].

The question doesn't specify which endpoints we're using. Let's use upper endpoints, to match part (a).

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.5절 · 1번
# 넓이(여러 가지 함수)그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
13.CLP-2 · 1.5절 · 3번우리말 번역

x≥0x\ge 0 에서 곡선 y=x3−xy=x^3-x 와 y=xy=x 로 둘러싸인 유한한 넓이를 나타내는 정적분을 쓰세요. 정적분의 값을 직접 구하지는 마세요.

영어 원문 보기

Write down a definite integral that represents the finite area bounded by the curves y=x3−xy=x^3-x and y=xy=x for x≥0x\ge 0. Do not evaluate the integral explicitly.

정답·풀이 보기

두 곡선은 y=xy=x 이고 y=x3−xy=x^3-x 인 점에서 만난다. 이 점들을 구하기 위해 다음과 같이 놓는다.

x=x3−x0=x3−2x0=x(x2−2)0=x또는0=x2−2\begin{aligned} x&=x^3-x\\ 0&=x^3-2x\\ 0&=x(x^2-2)\\ 0&= x \quad\text{또는}\quad 0=x^2-2 \end{aligned}

x≥0x\ge 0 에서 두 곡선은 (0,0)(0,0) 과 (2,2)(\sqrt{2},\sqrt{2}) 에서 만난다.

유용한 관찰로, 두 곡선이 모두 연속이고 x=0x=0 과 x=2x=\sqrt{2} 사이에서 서로 만나지 않으므로, 넓이를 두 영역으로 나누는 것을 걱정할 필요가 없다. 한 함수가 항상 위에 있고, 다른 함수가 항상 아래에 있기 때문이다.

수직 띠를 사용하면:

그림

주어진 영역의 위쪽 경계와 아래쪽 경계는 각각 y=T(x)=xy=T(x)=x 와 y=B(x)=x3−xy=B(x)=x^3-x 이다. 따라서

Area=∫02[T(x)−B(x)] dx=∫02[x−(x3−x)] dx=∫022x−x3 dx\begin{aligned} {\rm Area} = \int_0^{\sqrt{2}}\big[T(x)-B(x)\big]\ \mathrm{d}x = \int_0^{\sqrt{2}}\big[x-(x^3-x)\big]\ \mathrm{d}x = \int_0^{\sqrt{2}} 2x-x^3 \ \mathrm{d}x \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The curves intersect when y=xy=x and y=x3−xy=x^3-x. To find these points, we set:

x=x3−x0=x3−2x0=x(x2−2)0=xor0=x2−2\begin{aligned} x&=x^3-x\\ 0&=x^3-2x\\ 0&=x(x^2-2)\\ 0&= x \quad\text{or}\quad 0=x^2-2 \end{aligned}

For x≥0x\ge 0, the curves intersect at (0,0)(0,0) and (2,2)(\sqrt{2},\sqrt{2}).

A handy observation is that, since both curves are continuous and they do not meet each other between x=0x=0 and x=2x=\sqrt{2}, we don't have to worry about dividing our area into two regions: one of the functions is always on the top, and the other is always on the bottom.

Using vertical strips:

figure

The top and bottom boundaries of the specified region are y=T(x)=xy=T(x)=x and y=B(x)=x3−xy=B(x)=x^3-x, respectively. So,

Area=∫02[T(x)−B(x)] dx=∫02[x−(x3−x)] dx=∫022x−x3 dx\begin{aligned} {\rm Area} = \int_0^{\sqrt{2}}\big[T(x)-B(x)\big]\ \mathrm{d}x = \int_0^{\sqrt{2}}\big[x-(x^3-x)\big]\ \mathrm{d}x = \int_0^{\sqrt{2}} 2x-x^3 \ \mathrm{d}x \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 6.1절 · 3번
# 넓이(여러 가지 함수)계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
14.CLP-2 · 1.5절 · 4번우리말 번역

직선 y=−x2y=-\dfrac{x}{2} 와 포물선 y2=6−5x4y^2=6-\dfrac{5x}{4} 로 유계인 유한한 영역의 넓이를 나타내는 정적분을 쓰세요. 적분을 직접 계산하지 마세요.

영어 원문 보기

Write down a definite integral that represents the area of the finite region bounded by the line y=−x2y=-\dfrac{x}{2} and the parabola y2=6−5x4y^2=6-\dfrac{5x}{4}. Do not evaluate the integral explicitly.

정답·풀이 보기

두 곡선이 만나는 점을 구해야 한다.

x24=y2=6−5x414x2+54x−6=0x2+5x−24=0(x+8)(x−3)=0x=−8,x=3\begin{aligned} \frac{x^2}{4}=y^2&=6-\dfrac{5x}{4}\\ \frac{1}{4}x^2+\frac{5}{4}x-6&=0\\ x^2+5x-24&=0\\ (x+8)(x-3)&=0\\ x=-8,\quad x&=3 \end{aligned}

두 곡선은 (−8,4)(-8,4) 와 (3,−32)(3,-\frac{3}{2}) 에서 만난다. 수평 띠를 이용하면:

그림

다음을 얻는다.

Area=∫−3/24[45(6−y2)+2y] dy\begin{aligned} \text{Area} = \int_{-3/2}^{4}\Big[\frac{4}{5}(6-y^2)+2y\Big]\ \mathrm{d}y \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We need to find where the curves intersect.

x24=y2=6−5x414x2+54x−6=0x2+5x−24=0(x+8)(x−3)=0x=−8,x=3\begin{aligned} \frac{x^2}{4}=y^2&=6-\dfrac{5x}{4}\\ \frac{1}{4}x^2+\frac{5}{4}x-6&=0\\ x^2+5x-24&=0\\ (x+8)(x-3)&=0\\ x=-8,\quad x&=3 \end{aligned}

The curves intersect at (−8,4)(-8,4) and (3,−32)(3,-\frac{3}{2}). Using horizontal strips:

figure

we have

Area=∫−3/24[45(6−y2)+2y] dy\begin{aligned} \text{Area} = \int_{-3/2}^{4}\Big[\frac{4}{5}(6-y^2)+2y\Big]\ \mathrm{d}y \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.5절 · 13번
# 넓이(여러 가지 함수)활용기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
15.CLP-2 · 1.5절 · 5번우리말 번역

y2=4axy^2=4ax 와 x2=4ayx^2=4ay 로 유계인 유한한 평면 영역의 넓이를 나타내는 정적분을 쓰세요. 단, a>0a>0 은 상수입니다. 정적분의 값을 직접 계산하지 마세요.

영어 원문 보기

Write down a definite integral that represents the area of the finite plane region bounded by y2=4axy^2=4ax and x2=4ayx^2=4ay, where a>0a>0 is a constant. Do not evaluate the integral explicitly.

정답·풀이 보기

두 곡선이 (x,y)(x,y) 에서 만나면

(x2)2=(4a)2y2=(4a)24axx4=(4a)3xx4−(4a)3x=0x(x3−(4a)3)=0x=0또는x3=(4a)3\begin{aligned} \left(x^2\right)^2&=\left(4a\right)^2y^2 = (4a)^24ax\\ x^4&=(4a)^3 x\\ x^4&-(4a)^3x=0\\ x(&x^3-(4a)^3)=0\\ x&= 0 \quad\text{또는}\quad x^3=(4a)^3 \end{aligned}

이다. 두 곡선은 (0,0)(0,0) 과 (4a,4a)(4a,4a) 에서 만난다. (이 점들은 관찰만으로도 구할 수 있다.) 수직 띠를 사용하면 다음과 같다.

그림

각 함수의 yy 값이 필요하다. 위쪽 함수는 y=4axy =\sqrt{4ax} 로 쓰고(음의 제곱근이 아니라 양의 제곱근을 택한다), 아래쪽 함수는 y=x24ay=\frac{x^2}{4a} 로 쓴다. 그러면

넓이=∫04a[4ax−x24a] dx\begin{aligned} \text{넓이} = \int_0^{4a}\left[\sqrt{4ax}-\frac{x^2}{4a}\right]\ \mathrm{d}x \end{aligned}

이다.

원본 교재 풀이(영어)

If the curves intersect at (x,y)(x,y), then

(x2)2=(4a)2y2=(4a)24axx4=(4a)3xx4−(4a)3x=0x(x3−(4a)3)=0x=0orx3=(4a)3\begin{aligned} \left(x^2\right)^2&=\left(4a\right)^2y^2 = (4a)^24ax\\ x^4&=(4a)^3 x\\ x^4&-(4a)^3x=0\\ x(&x^3-(4a)^3)=0\\ x&= 0 \quad\text{or}\quad x^3=(4a)^3 \end{aligned}

The curves intersect at (0,0)(0,0) and (4a,4a)(4a,4a). (It is also possible to find these points by inspection.) Using vertical strips:

figure

We want the yy-values of the functions. We write the top function as y=4axy =\sqrt{4ax} (we care about the positive square root, not the negative one) and we write the bottom function as y=x24ay=\frac{x^2}{4a}. Then we have

Area=∫04a[4ax−x24a] dx\begin{aligned} \text{Area} = \int_0^{4a}\left[\sqrt{4ax}-\frac{x^2}{4a}\right]\ \mathrm{d}x \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 6.1절 · 11번
# 넓이(여러 가지 함수)활용기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
16.CLP-2 · 1.5절 · 6번우리말 번역

직선 x+12y+5=0x+12y+5=0 과 곡선 x=4y2x=4y^2 사이로 유계인 유한한 영역의 넓이를 나타내는 정적분을 쓰세요. 정적분의 값을 직접 계산하지 마세요.

영어 원문 보기

Write down a definite integral that represents the area of the finite region bounded between the line x+12y+5=0x+12y+5=0 and the curve x=4y2x=4y^2. Do not evaluate the integral explicitly.

정답·풀이 보기

두 곡선은 x=4y2x=4y^2 이고 0=4y2+12y+5=(2y+5)(2y+1)0=4y^2+12y+5 =(2y+5)(2y+1) 일 때 만난다. 따라서 두 곡선은 (1,−12)(1,-\tfrac{1}{2}) 과 (25,−52)(25,-\frac{5}{2}) 에서 만난다. 세로 띠를 이용하면:

그림

다음을 얻는다.

Area=∫125[−112(x+5)+12x] dx\begin{aligned} \text{Area} = \int_1^{25}\left[-\frac{1}{12}(x+5)+\frac{1}{2}\sqrt{x}\right]\ \mathrm{d}x \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The curves intersect when x=4y2x=4y^2 and 0=4y2+12y+5=(2y+5)(2y+1)0=4y^2+12y+5 =(2y+5)(2y+1). So, the curves intersect at (1,−12)(1,-\tfrac{1}{2}) and (25,−52)(25,-\frac{5}{2}). Using vertical strips:

figure

we have

Area=∫125[−112(x+5)+12x] dx\begin{aligned} \text{Area} = \int_1^{25}\left[-\frac{1}{12}(x+5)+\frac{1}{2}\sqrt{x}\right]\ \mathrm{d}x \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.5절 · 11번
# 넓이(여러 가지 함수)활용기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
17.CLP-2 · 1.6절 · 2번우리말 번역

두 도예가가 높이가 hh 단위인 점토 덩어리와 똑같은 정사각형 쿠키 커터를 가지고 시작한다. 이들은 정사각형 쿠키 커터를 점토 위에서 곧바로 눌러 내려, 단면이 쿠키 커터와 같은 정사각형인 기둥을 만든다. 도예가 A는 점토 덩어리가 탁자 위에 가만히 놓여 있는 상태에서 쿠키 커터를 눌러 내리고, 도예가 B는 점토 덩어리가 물레 위에서 회전하는 상태에서 쿠키 커터를 눌러 내리므로 기둥이 비틀려 보인다. 어느 기둥의 부피가 더 큰가?

그림

그림

영어 원문 보기

Two potters start with a block of clay hh units tall, and identical square cookie cutters. They form columns by pushing the square cookie cutter straight down over the clay, so that its cross-section is the same square as the cookie cutter. Potter A pushes their cookie cutter down while their clay block is sitting motionless on a table; Potter B pushes their cookie cutter down while their clay block is rotating on a potter's wheel, so their column looks twisted. Which column has greater volume?

figure

figure

정답·풀이 보기

두 기둥의 부피는 같다. 기둥을 수평 단면으로 잘게 나누어 보면 알 수 있다. 각 단면의 넓이는 쿠키 커터의 넓이 AA 와 같고 높이는 dy\mathrm{d}y 이다. 그러면 두 경우 모두 기둥의 부피는 ∫0hA dy=hA 세제곱단위\int_{0}^h A~\mathrm{d}y = hA \text{ 세제곱단위} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The columns have the same volume. We can see this by chopping up the columns into horizontal cross-sections. Each cross-section has the same area as the cookie cutter, AA, and height dy\mathrm{d}y. Then in both cases, the volume of the column is ∫0hA dy=hA cubic units\int_{0}^h A~\mathrm{d}y = hA \text{ cubic units}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.6절 · 3번
# 입체도형의 부피그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
18.CLP-2 · 1.6절 · 3번우리말 번역

RR 를 아래 그림에 나타낸 y=f(x)y=f(x) 의 그래프로 위쪽이 막히고 xx축으로 아래쪽이 막힌, x=0x=0 에서 x=6x=6 까지의 영역이라고 하자. RR 를 yy축을 중심으로 회전시켜 만들어지는 와셔(워셔 모양의 속이 빈 원판)들을 그리세요. 스케치에 모든 반지름을 yy 에 대한 식으로 표시하고, 두께도 표시하세요.

그림

영어 원문 보기

Let RR be the region bounded above by the graph of y=f(x)y=f(x) shown below and bounded below by the xx-axis, from x=0x=0 to x=6x=6. Sketch the washers that are formed by rotating RR about the yy-axis. In your sketch, label all the radii in terms of yy, and label the thickness.

figure

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 는 구간별로 정의된 일차함수이므로 그래프에서 각 구간의 식을 구할 수 있다. 반지름은 xx의 값으로 정해지므로, 아래에서는 xx의 값을 yy 에 대한 함수로 나타낸다.

그림

그림의 영역을 yy축을 중심으로 회전시킨다고 생각하면 두 종류의 와셔가 만들어진다. y<1y<1 일 때는 중심이 같은 두 개의 고리, 즉 "이중 와셔"가 생기고, y>1y>1 일 때는 고리가 하나 생긴다.

  • 1<y≤6\mathbf{1<y \le 6} 일 때의 와셔: y>1y>1 이면 와셔의 안쪽 반지름은 2+23y2+\frac{2}{3}y, 바깥쪽 반지름은 6−23y6-\frac{2}{3}y, 높이는 dy\mathrm{d}y 이다.

그림

  • 0≤y<1\mathbf{0\le y <1} 일 때의 와셔: 0≤y<10 \le y < 1 이면 함수의 두 "봉우리"에 대응하는, 중심이 같은 두 개의 고리, 즉 "이중 와셔"가 생긴다. 안쪽 와셔의 안쪽 반지름은 r1=yr_1=y, 바깥쪽 반지름은 R1=2−yR_1=2-y 이다. 바깥쪽 와셔의 안쪽 반지름은 r2=2+23yr_2=2+\frac{2}{3}y, 바깥쪽 반지름은 R2=6−23yR_2=6-\frac{2}{3}y 이다. 와셔의 두께는 dy\mathrm{d}y 이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

Notice f(x)f(x) is a piecewise linear function, so we can find explicit equations for each of its pieces from the graph. The radii will be determined by the xx-values, so below we give the xx-values as functions of yy.

figure

If we imagine rotating the region from the picture about the yy-axis, there will be two kinds of washers formed: when y<1y<1, we have a “double washer," two concentric rings. When y>1y>1, we have a single ring.

  • Washers when 1<y≤6\mathbf{1<y \le 6}: If y>1y>1, then our washer has inner radius 2+23y2+\frac{2}{3}y, outer radius 6−23y6-\frac{2}{3}y, and height dy\mathrm{d}y.

figure

  • Washers when 0≤y<1\mathbf{0\le y <1}: When 0≤y<10 \le y < 1, we have a “double washer," two concentric rings corresponding to the two “humps" in the function. The inner washer has inner radius r1=yr_1=y and outer radius R1=2−yR_1=2-y. The outer washer has inner radius r2=2+23yr_2=2+\frac{2}{3}y and outer radius R2=6−23yR_2=6-\frac{2}{3}y. The thickness of the washers is dy\mathrm{d}y.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.6절 · 13번
# 입체도형의 부피그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
19.CLP-2 · 1.6절 · 5번우리말 번역

다음 양을 나타내는 정적분을 쓰세요. 정적분의 값을 직접 계산하지 마세요.

(a) 곡선 y=1−x2y=1-x^2 과 y=4−4x2y=4-4x^2 으로 유계된 유한한 평면 영역을 직선 y=−1y=-1 을 축으로 회전시켜 얻은 입체의 부피. (b) 곡선 y=x2−1y=x^2-1 과 직선 y=0y=0 으로 유계된 유한한 평면 영역을 직선 x=5x=5 를 축으로 회전시켜 얻은 입체의 부피.

영어 원문 보기

Write down definite integrals that represent the following quantities. Do not evaluate the integrals explicitly.

(a) The volume of the solid obtained by rotating the finite plane region bounded by the curves y=1−x2y=1-x^2 and y=4−4x2y=4-4x^2 about the line y=−1y=-1. (b) The volume of the solid obtained by rotating the finite plane region bounded by the curve y=x2−1y=x^2-1 and the line y=0y=0 about the line x=5x=5.

정답·풀이 보기

(a) 두 곡선은 (1,0)(1,0) 과 (−1,0)(-1,0) 에서 만난다. 그림

그림

과 같은 띠를 직선 y=−1y=-1 을 축으로 회전시키면 다음과 같은 얇은 와셔(구멍 뚫린 원판)가 만들어진다.

  • 안쪽 반지름은 (1−x2)−(−1)=2−x2(1-x^2)-(-1)=2-x^2,
  • 바깥쪽 반지름은 (4−4x2)−(−1)=5−4x2(4-4x^2)-(-1)=5-4x^2,
  • 두께는 dx\mathrm{d}x 이다. 따라서
  • 단면의 넓이는 π[(5−4x2)2−(2−x2)2]\pi\big[{(5-4x^2)}^2-{(2-x^2)}^2\big] 이고
  • 부피는 π[(5−4x2)2−(2−x2)2] dx\pi\big[{(5-4x^2)}^2-({2-x^2)}^2\big]\,\mathrm{d}x 이다.

그러므로 입체의 부피는 다음과 같다.

∫−11π[(5−4x2)2−(2−x2)2] dx\begin{aligned} \int_{-1}^{1}\pi\big[{(5-4x^2)}^2-{(2-x^2)}^2\big]\,\mathrm{d}x \end{aligned}

(b) 곡선 y=x2−1y=x^2-1 은 y=0y=0 과 (1,0)(1,0), (−1,0)(-1,0) 에서 만난다.

그림

가로 방향 와셔를 이용한다.

  • 위 그림처럼 높이가 dy\mathrm{d}y 인 얇은 가로 띠를 이용한다.

  • 직선 x=5x=5 를 축으로 회전시키면 각 띠는 얇은 와셔를 만든다.

  • 안쪽 반지름은 rin=5−y+1r_{in}=5-\sqrt{y+1} 이고,

  • 바깥쪽 반지름은 rout=5−(−y+1)=5+y+1r_{out}= 5-(-\sqrt{y+1})=5+\sqrt{y+1} 이며,

  • 두께는 dy\mathrm{d}y 이므로

  • 부피는 π(rout2−rin2) dy=π[(5+y+1)2−(5−y+1)2] dy\pi(r_{out}^2 - r_{in}^2)\,\mathrm{d}y = \pi\big[\big(5+\sqrt{y+1}\big)^2-\big(5-\sqrt{y+1}\big)^2\big]\,\mathrm{d}y 이다.

  • 가장 위쪽 띠는 y=0y=0 에 있고 가장 아래쪽 띠는 (x=0x=0 일 때) y=−1y=-1 에 있으므로, 전체 부피는 다음과 같다.

∫−10π[(5+y+1)2−(5−y+1)2] dy\begin{aligned} \int _{-1}^0 \pi\left[\big(5+\sqrt{y+1}\big)^2-\big(5-\sqrt{y+1}\big)^2\right]\,\mathrm{d}y \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a) The curves intersect at (1,0)(1,0) and (−1,0)(-1,0). When the strip shown in the figure

figure

is rotated about the line y=−1y=-1, it forms a thin washer with:

  • inner radius (1−x2)−(−1)=2−x2(1-x^2)-(-1)=2-x^2,
  • outer radius (4−4x2)−(−1)=5−4x2(4-4x^2)-(-1)=5-4x^2 and
  • thickness dx\mathrm{d}x ; so, it has
  • cross sectional area π[(5−4x2)2−(2−x2)2]\pi\big[{(5-4x^2)}^2-{(2-x^2)}^2\big] and
  • volume π[(5−4x2)2−(2−x2)2] dx\pi\big[{(5-4x^2)}^2-({2-x^2)}^2\big]\,\mathrm{d}x.

So the volume of the solid is

∫−11π[(5−4x2)2−(2−x2)2] dx\begin{aligned} \int_{-1}^{1}\pi\big[{(5-4x^2)}^2-{(2-x^2)}^2\big]\,\mathrm{d}x \end{aligned}

(b) The curve y=x2−1y=x^2-1 intersects y=0y=0 at (1,0)(1,0) and (−1,0)(-1,0).

figure

We'll use horizontal washers.

  • We use thin horizontal strips of height dy\mathrm{d}y as in the figure above.

  • When we rotate about the line x=5x=5, each strip sweeps out a thin washer

  • whose inner radius is rin=5−y+1r_{in}=5-\sqrt{y+1}, and

  • whose outer radius is rout=5−(−y+1)=5+y+1r_{out}= 5-(-\sqrt{y+1})=5+\sqrt{y+1} and

  • whose thickness is dy\mathrm{d}y and hence

  • whose volume is π(rout2−rin2) dy=π[(5+y+1)2−(5−y+1)2] dy\pi(r_{out}^2 - r_{in}^2)\,\mathrm{d}y = \pi\big[\big(5+\sqrt{y+1}\big)^2-\big(5-\sqrt{y+1}\big)^2\big]\,\mathrm{d}y

  • As our topmost strip is at y=0y=0 and our bottommost strip is at y=−1y=-1 (when x=0x=0), the total volume is

∫−10π[(5+y+1)2−(5−y+1)2] dy\begin{aligned} \int _{-1}^0 \pi\left[\big(5+\sqrt{y+1}\big)^2-\big(5-\sqrt{y+1}\big)^2\right]\,\mathrm{d}y \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.6절 · 6번
# 입체도형의 부피활용기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
20.CLP-2 · 1.6절 · 6번우리말 번역

곡선 y=x2y=x^2 과 y=8−x2y=8-x^2 사이의 영역을 직선 y=−1y=-1 을 축으로 회전시켜 얻은 입체의 부피를 나타내는 정적분을 쓰세요. 정적분의 값을 직접 계산하지 마세요.

영어 원문 보기

Write down a definite integral that represents the volume of the solid obtained by rotating around the line y=−1y=-1 the region between the curves y=x2y=x^2 and y=8−x2y=8-x^2. Do not evaluate the integrals explicitly.

정답·풀이 보기

두 곡선은 (−2,4)(-2,4) 와 (2,4)(2,4) 에서 만난다. 그림

그림

과 같은 띠를 직선 y=−1y=-1 을 축으로 회전시키면 다음과 같은 얇은 와셔(구멍 뚫린 원판)가 만들어진다.

  • 안쪽 반지름은 x2+1x^2+1,
  • 바깥쪽 반지름은 9−x29-x^2,
  • 두께는 dx\mathrm{d}x 이므로
  • 단면의 넓이는 π[(9−x2)2−(x2+1)2]\pi\big[{(9-x^2)}^2-{(x^2+1)}^2\big] 이고
  • 부피는 π[(9−x2)2−(x2+1)2] dx\pi\big[{(9-x^2)}^2-{(x^2+1)}^2\big]\,\mathrm{d}x 이다.

그러므로 입체의 부피는 다음과 같다.

π∫−22[(9−x2)2−(x2+1)2] dx\begin{aligned} \pi\int_{-2}^{2}\big[{(9-x^2)}^2-{(x^2+1)}^2\big]\ \mathrm{d}x \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The curves intersect at (−2,4)(-2,4) and (2,4)(2,4). When the strip shown in the figure

figure

is rotated about the line y=−1y=-1, it forms a thin washer (punctured disc) of

  • inner radius x2+1x^2+1,
  • outer radius 9−x29-x^2 and
  • thickness dx\mathrm{d}x and hence of
  • cross sectional area π[(9−x2)2−(x2+1)2]\pi\big[{(9-x^2)}^2-{(x^2+1)}^2\big] and
  • volume π[(9−x2)2−(x2+1)2] dx\pi\big[{(9-x^2)}^2-{(x^2+1)}^2\big]\,\mathrm{d}x.

So the volume of the solid is

π∫−22[(9−x2)2−(x2+1)2] dx\begin{aligned} \pi\int_{-2}^{2}\big[{(9-x^2)}^2-{(x^2+1)}^2\big]\ \mathrm{d}x \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.6절 · 17번
# 입체도형의 부피활용기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)