First, let's figure out what our curve x=y2+y=y(y+1) looks like.
The curve intercepts the y-axis when y=0 and y=−1.
The x-values of the curve are negative when −1<y<0, and positive elsewhere.
This leads to the figure below. We're evaluating the area from y=−1 to y=0. Since y2+y is negative there, the length of our (horizontal) slices are 0−(y2+y).
We need to figure out which curve is on top, when. To do this, set h(x)=3x−x25−x2. If h(x)>0, then y=3x is the top curve; if h(x)<0, then y=x25−x2 is the top curve.
h(x)We only care about values of x in [0,4], so x is nonnegative. Then h(x) is positive when:39x2x=3x−x25−x2=x[3−25−x2]>25−x2>25−x2>16>4
That is, h(x) is never positive over the interval [0,4]. So, y=x25−x2 lies above y=3x for all 0≤x≤4.
부분적분을 이용하여 적분의 값을 구하려고 한다고 합시다. 피적분함수의 일부를 u로, 나머지 일부를 dv로 택합니다. u로 택한 부분은 (미분된다, 부정적분된다). dv로 택한 부분은 (미분된다, 부정적분된다).
영어 원문 보기
Suppose you want to evaluate an integral using integration by parts. You choose part of your integrand to be u, and part to be dv. The part chosen as u will be: (differentiated, antidifferentiated). The part chosen as dv will be: (differentiated, antidifferentiated).
정답·풀이 보기
공식 ∫udv=uv−∫vdu 를 기억하자. u를 이용하여 du를 만드므로, 즉 u를 미분한다. dv를 이용하여 v를 만드므로, 즉 dv를 부정적분한다.
원본 교재 풀이(영어)
Remember our rule: ∫udv=uv−∫vdu. So, we take u and use it to make du–that is, we differentiate it. We take dv and use it to make v–that is, we antidifferentiate it.
이 피적분함수는 두 함수의 곱이며, 뚜렷한 치환이 보이지 않는다. 그래서 한쪽을 ex, 다른 쪽을 x3 으로 하여 부분적분을 시도해 보자.
방법 1:방법 2:u=exdv=x3dxu=x3dv=exdxdu=exdxv=41x4du=3x2dxv=ex
얼핏 보면, 빨간색 함수끼리 곱한 것과 파란색 함수끼리 곱한 것은 처음 적분과 거의 비슷한 피적분함수가 되며, 어느 것도 원시함수가 뚜렷하게 보이지 않는다. 앞선 문제들에서는 u=x 로 놓아 du=dx 가 되었으므로, 피적분함수의 "x"가 사실상 사라졌다. 여기서는 u=x3 으로 놓으면 du=3x2dx 가 되어 차수가 낮아진다는 것을 알 수 있다. 매번 u 를 x 의 거듭제곱으로 정하여 부분적분을 반복하면, x3 의 3계 도함수는 상수이므로 몇 번 반복한 뒤에는 x 의 거듭제곱이 사라질 것이다.
참고: 엄밀하게 부정적분을 구하려면 처음 부분적분을 할 때 곧바로 +C 를 더해야 한다. 그러나 부분적분을 사용할 때에는 보통 마지막에 적분을 계산하게 되고, 그 시점에 +C 를 더한다. +C 는 결국 나타나므로, 마지막까지 계산 과정에 이를 쓰지 않아 식이 복잡해지지 않게 하는 것이 일반적인 관행이다.
원본 교재 풀이(영어)
This integrand is the product of two functions, with no obvious substitution. So, let's try integration by parts, with one part ex and one part x3.
At first glance, multiplying the red functions and multiplying the blue functions give largely equivalent integrands to what we started with–none of them with obvious antiderivatives. In previous questions, we were able to choose u=x, and then du=dx, so the “x" in the integrand effectively went away. Here, we see that choosing u=x3 will lead to du=3x2dx, which has a lower power. If we repeatedly perform integration by parts, choosing u to be the power of x each time, then after a few iterations it should go away, because the third derivative of x3 is a constant.
So, we start with Option 2: u=x3, dv=exdx, du=3x2dx, and v=ex.
∫x3exdxNow, we take u=x2 and dv=exdx, so du=2xdx and v=ex. We’re only using integration by parts on the actual integral–the rest of the function stays the way it is.Continuing, we take u=x and dv=exdx, so du=dx and v=ex. This is the step where the polynomial part of the integrand finally disappears.=ux3vex−∫vex⋅du3x2dx=x3ex−3∫ex⋅x2dx=x3ex−3[uvx2ex−∫vex⋅du2xdx]=x3ex−3x2ex+6∫xexdx=x3ex−3x2ex+6[uvxex−∫vexdudx]=x3ex−3x2ex+6xex−6ex+C=ex(x3−3x2+6x−6)+C
Let's check that this makes sense: the derivative of ex(x3−3x2+6x−6)+C should be x3ex. We differentiate using the product rule.
Remark: In order to be technically correct in our antidifferentiation, we should add the +C as soon as we do the first integration by parts. However, when we are using integration by parts, we usually end up evaluating an integral at the end, and we add the +C at that point. Since the +C comes up eventually, it is common practice to not clutter our calculations with it until the end.
피적분함수는 두 함수의 곱이고 뚜렷한 치환도 보이지 않으므로, 부분적분으로 무엇을 할 수 있는지 살펴보자.
방법 1:방법 2:u=x2dv=sinxdxu=sinxdv=x2dxdu=2xdxv=−cosxdu=cosxdxv=31x3
어느 방법도 곧바로 적분할 수 있는 식을 주지는 않지만, 방법 1은 x2 항을 x 의 더 낮은 거듭제곱으로 바꾼다. 부분적분을 반복해서 적용하면 이 거듭제곱을 0까지 낮출 수 있다. 그러므로 u=x2, dv=sinxdx 로 놓고 시작하면 du=2xdx, v=−cosx 이다.
Neither option gives us something immediately integrable, but Option 1 replaces our x2 term with a lower power of x. If we repeatedly apply integration by parts, we can reduce this power to zero. So, we start by choosing u=x2 and dv=sinxdx, so du=2xdx and v=−cosx.
∫x2sinxdxUsing integration by parts again, we want to be differentiating (not antidifferentiating) x, so we choose u=x, dv=cosxdx, and then du=dx (x went away!), v=sinx.=uv−x2cosx+−vdu∫2xcosxdx=−x2cosx+2∫xcosxdx=−x2cosx+2[uvxsinx−∫vdusinxdx]=−x2cosx+2xsinx+2cosx+C=(2−x2)cosx+2xsinx+C
망치를 든 사람에게는 모든 것이 못으로 보인다는 점을 다시 한번 상기시켜 준다. 이 문제의 적분은 치환을 이용해 푸는 대표적인 예이다. “안쪽 함수” x2+1 이 있고, 그 도함수가 피적분함수의 나머지 부분에 곱해져 나타난다. u=x2+1 로 놓으면 du=2xdx 이므로
∫2xex2+1dx=∫eudu=eu+C=ex2+1+C
원본 교재 풀이(영어)
This is your friendly reminder that to a person with a hammer, everything looks like a nail. The integral in the problem is a classic example of an integral to solve using substitution. We have an “inside function," x2+1, whose derivative shows up multiplied to the rest of the integrand. We take u=x2+1, then du=2xdx, so
∫2xex2+1dx=∫eudu=eu+C=ex2+1+C
The integrand (2y)2+14y2 is a rational function.
So the remaining integral can be evaluated using the method of partial
fractions, starting with long division. But it is easier to just notice
that
4y2+14y2=4y2+14y2+1−4y2+11.
We therefore have:
It's not obvious where to start, but in general it's nice to have the arguments of our trig functions the same. So, we use the identity sin(2x)=2sinxcosx.
∫ecosxsin(2x)dxNow we can use the substitution w=cosx, dw=−sinxdx.From here the integral should look more familiar. We can use integration by parts with u=w, dv=ewdw, du=dw, and v=ew.=2∫ecosxcosxsinxdx=−2∫wewdw=−2[uvwew−∫vduewdw]=2ew[1−w]+C=2ecosx[1−cosx]+C
피적분함수가 여러 함수의 곱으로 이루어져 있고, 뚜렷한 치환도 보이지 않는다. 그래서 부분적분을 생각한다. (1−x)21 의 부정적분은 알고 있는데, dxd1−x1=(1−x)21 임을 알고 있기 때문이다.
그러므로 dv=(1−x)2dx 과 u=xe−x 로 놓아 보자. 그러면 v=1−x1 이고
du=(1−x)e−xdx 이다. 따라서 부분적분에 의해
We've got an integrand that consists of several functions multiplied together, and no
obvious substitution. So, we think about integration by parts. We know an antiderivative for
(1−x)21, because we know dxd1−x1=(1−x)21.
So let's try dv=(1−x)2dx and u=xe−x. Then v=1−x1
and du=(1−x)e−xdx. So, by integration by parts,
(a) 다음 점화식을 유도하세요.
∫sinn(x)dx=−nsinn−1(x)cos(x)+nn−1∫sinn−2(x)dx.
(b) ∫0π/2sin8(x)dx 의 값을 구하세요.
영어 원문 보기
A reduction formula.
(a) Derive the reduction formula
∫sinn(x)dx=−nsinn−1(x)cos(x)+nn−1∫sinn−2(x)dx.
(b) Calculate ∫0π/2sin8(x)dx.
정답·풀이 보기
(a)
피적분함수의 "부분"은 사인의 거듭제곱이다. 점화식의 우변을 보면, 정확히 같지는 않지만 sinn−1x 의 도함수와 조금 비슷해 보인다. 그래서
u=sinn−1x, dv=sinxdx 로 놓고 부분적분하면
du=(n−1)sinn−2xcosx 이고 v=−cosx 이다.
(a)
The “parts" in the integrand are powers of sine. Looking at the right hand side of the reduction formula, we see that it looks a little like the derivative of sinn−1x, although not exactly. So, let's
integrate by parts with u=sinn−1x and dv=sinxdx,
so that du=(n−1)sinn−2xcosx and v=−cosx.
∫sinnxdxUsing the identity sin2x+cos2x=1,=uv−sinn−1xcosx+−∫vdu(n−1)∫cos2xsinn−2xdx=−sinn−1xcosx+(n−1)∫(1−sin2x)sinn−2xdx=−sinn−1xcosx+(n−1)∫sinn−2xdx−(n−1)∫sinnxdx
Moving the last term on the right hand side to the left hand side gives
n∫sinnxdx=−sinn−1xcosx+(n−1)∫sinn−2xdx
Dividing across by n gives the desired reduction formula.
(b)
By the reduction formula of part (a), if n≥2,
∫0π/2sinn(x)dx=nn−1∫0π/2sinn−2(x)dx
since sin0=cos2π=0.
Applying this reduction formula, with n=8,6,4,2:
(a) S 가 오른쪽 리만 합이라고 가정하세요. S 가 어떤 함수 f 와 어떤 구간 [a,b] 에 대한 이 함수의 리만 합인지 구하고, 그 이유를 설명하세요.
(b) S 가 왼쪽 리만 합이라면 (a)의 답은 어떻게 달라지는지 설명하세요. 중점 리만 합이라면 어떻게 달라지는지 설명하세요.
(c) S 가 정말로 오른쪽 리만 합이라고 하세요. S 는 어떤 기하학적 양을 근사하는지 구하세요.
(d) 시그마 기호를 사용하여, 같은 함수에 대한 오른쪽 리만 합이면서 S 보다 부분구간의 개수가 두 배인 새로운 합 R 을 나타내세요.
(a) Assume that S is a right Riemann sum. For what function f and what interval [a,b] is S this function's Riemann sum? Why?
(b) How does your answer to (a) change if S is a left Riemann sum? a middle Riemann sum?
(c) Suppose that S really is a right Riemann sum. What is geometric quantity does S approximate?
(d) Use sigma notation to write a new sum R that is the right Riemann sum for the same function, but that uses twice as many subintervals as S.
정답·풀이 보기
(a) 함수는 x1=1.4, x2=1.8, x3=2.2, x4=2.6, x5=3.0 에서 계산되고 있다. 따라서 이것이 오른쪽 리만 합이므로 부분구간은 5개이고 △x=0.4 이며 x0=1.0 이다. 이 규칙으로부터 함수는 구간 [1,3] 에서 f(x)=x2+1 이어야 함을 알 수 있다.
(b) 대신 S 가 왼쪽 리만 합이라면 xi 들이 왼쪽으로 이동하여 x0=1.4, x1=1.8, …, x5=3.4 가 된다. 이 경우 함수는 같지만 구간은 [1.4,3.4] 이다.
S 가 중점 리만 합이라면, 예를 들어 1.4 는 길이가 △x=0.4 인 구간의 중점이므로 x0=1.2, x1=1.6 이다. 이 규칙을 계속 적용하면 함수 f(x)=x2+1 을 구간 [1.2,3.2] 에서 생각하게 된다.
(c) S 는 [1,3] 에서 f(x)=x2+1 의 그래프 아래쪽에 놓인 넓이를 근사한 값이다.
(d) 부분구간을 두 배로 하려면 △x=0.2 로 바꾸므로 x1=1.2, x2=1.4, …이고, 일반적인 오른쪽 끝점은 xi=1+0.2⋅i 이다. 또한 n=10 이므로
R10=i=1∑10((1+0.2i)2+1)⋅0.2.
원본 교재 풀이(영어)
(a) The function is being evaluated at x1=1.4, x2=1.8, x3=2.2, x4=2.6, and x5=3.0. Thus, since we know this is a right Riemann sum, we are using 5 subintervals with △x=0.4, and x0=1.0. From the pattern, we observe that the function must be f(x)=x2+1 on the interval [1,3].
(b) If S is a left Riemann sum instead, then the xi's shift left: x0=1.4, x1=1.8, …, x5=3.4. In this setting, the function is identical, but we are considering it on the interval [1.4,3.4].
If S is a middle Riemann sum, then (for example) 1.4 is the midpoint of an interval △x=0.4 units long, so x0=1.2 and x1=1.6. Continuing that trend, we'd be considering the function f(x)=x2+1 on the interval [1.2,3.2].
(c) S is an approximation of the area that lies under f(x)=x2+1 on [1,3].
(d) To use twice as many subintervals, we move to △x=0.2 and thus x1=1.2, x2=1.4, and so on, with the general right endpoint being given by xi=1+0.2⋅i. We'll also have n=10, so
R10=i=1∑10((1+0.2i)2+1)⋅0.2.
이 문제는 sin(x) 와 cos(x) 를 제외한 기본 삼각함수의 부정적분을 구하는 것을 중심으로 한다.
(a) 부정적분 ∫tan(x)dx 를 생각하세요. 피적분함수를 tan(x)=cos(x)sin(x) 로 고쳐 쓰고, 알맞은 함수와 그 도함수의 쌍을 찾아 u 로 치환하여 ∫tan(x)dx 의 값을 구하세요.
(b) 같은 방법으로 ∫cot(x)dx 의 값을 구하세요.
(c) 부정적분
∫sec(x)+tan(x)sec2(x)+sec(x)tan(x)dx 을 생각하세요. 치환 u=sec(x)+tan(x) 를 이용하여 이 적분의 값을 구하세요.
(d) (c)의 피적분함수의 분자를 인수분해하여 간단히 하세요. 피적분함수를 훨씬 더 간단하게 나타내는 방법은 무엇인가요?
(e) (c)와 (d)의 결과를 합하여 ∫sec(x)dx 를 구하세요.
(f) (c)~(e)를 참고하여 ∫csc(x)dx 의 값을 구하세요.
영어 원문 보기
This problem centers on finding antiderivatives for the basic trigonometric functions other than sin(x) and cos(x).
(a) Consider the indefinite integral ∫tan(x)dx. By rewriting the integrand as tan(x)=cos(x)sin(x) and identifying an appropriate function-derivative pair, make a u-substitution and hence evaluate ∫tan(x)dx.
(b) In a similar way, evaluate ∫cot(x)dx.
(c) Consider the indefinite integral
∫sec(x)+tan(x)sec2(x)+sec(x)tan(x)dx. Evaluate this integral using the substitution u=sec(x)+tan(x).
(d) Simplify the integrand in (c) by factoring the numerator. What is a far simpler way to write the integrand?
(e) Combine your work in (c) and (d) to determine ∫sec(x)dx.
(f) Using (c)-(e) as a guide, evaluate ∫csc(x)dx.
정답·풀이 보기
(a) u=cos(x) 로 놓으면 du=−sin(x)dx 이다. 이 변수 변환으로 적분을 다음과 같이 계산할 수 있는 꼴로 바꿀 수 있다.
∫tan(x)dx=∫cos(x)sin(x)dx=−∫u1du=−ln(∣u∣)+C=−ln(∣cos(x)∣+C=ln(∣cos(x)∣−1)+C=ln(∣sec(x)∣)+C. 결과를 간단히 하기 위해 로그의 성질 pln(z)=ln(zp) 과 cos(x)1=sec(x) 임을 이용했다.
(b) u=sin(x) 로 놓으면 du=cos(x)dx 이다. 이 변수 변환으로 적분을 다음과 같이 계산할 수 있는 꼴로 바꿀 수 있다.
∫cot(x)dx=∫sin(x)cos(x)dx=∫u1du=ln(∣u∣)+C=ln(∣sin(x)∣+C=−ln(∣sin(x)∣−1)+C=−ln(∣csc(x)∣)+C. 여기서는 결과를 간단히 하기 위해 ln(z)=(−1)(−1)ln(z)=(−1)ln(z−1) 임을 이용했다.
(c) u=sec(x)+tan(x) 로 놓으면 du=(sec(x)tan(x)+sec2(x))dx 이다. 이 변수 변환으로 피적분함수의 기본 구조가 단순해지며 다음과 같이 적분할 수 있다.
∫sec(x)+tan(x)sec2(x)+sec(x)tan(x)dx=∫u1du=ln(∣u∣)+C=ln(∣sec(x)+tan(x)∣)+C.
(d) sec(x)+tan(x)sec2(x)+sec(x)tan(x) 의 분자에서 공통인수 sec(x) 를 묶어 내면
sec(x)(sec(x)+tan(x)) 로 고쳐 쓸 수 있다. 그러면 피적분함수는 다음과 같이 간단해진다.
sec(x)+tan(x)sec2(x)+sec(x)tan(x)=sec(x)+tan(x)sec(x)(sec(x)+tan(x))=sec(x).
(e) (c)와 (d)의 결과로부터 다음을 얻는다.
∫sec(x)dx=∫sec(x)+tan(x)sec2(x)+sec(x)tan(x)dx=ln(∣sec(x)+tan(x)∣)+C.
(f) (c)~(e)와 같은 방법으로 intcsc(x)dx 를 다음과 같이 구할 수 있다. 먼저 csc(x) 에 1=csc(x)+cot(x)csc(x)+cot(x) 을 곱하여 고쳐 쓰면
∫csc(x)dx=∫csc(x)+cot(x)csc(x)(csc(x)+cot(x))dx=∫csc(x)+cot(x)csc2(x)+csc(x)cot(x)dx 이다. 이제 위 식의 마지막 적분을 치환 u=csc(x)+cot(x) 로 계산한다. 그러면 du=−(csc(x)cot(x)+csc2(x))dx 이다. 이 변수 변환으로 적분을 다음과 같이 계산할 수 있는 꼴로 바꿀 수 있다.
∫csc(x)+cot(x)csc2(x)+csc(x)cot(x)dx=−∫u1dx=−ln(∣u∣)+C=−ln(∣csc(x)+cot(x)∣)+C. 지금까지 구한 등식들을 이어 보면 다음이 성립함을 보인 것이다.
∫csc(x)dx=−ln(∣csc(x)+cot(x)∣)+C.
원본 교재 풀이(영어)
(a) We let u=cos(x), so du=−sin(x)dx. This change of variable transforms the integral into one we can integrate as follows:
∫tan(x)dx=∫cos(x)sin(x)dx=−∫u1du=−ln(∣u∣)+C=−ln(∣cos(x)∣+C=ln(∣cos(x)∣−1)+C=ln(∣sec(x)∣)+C. Note that we used the property of the logarithm that pln(z)=ln(zp) as well as the fact that cos(x)1=sec(x) in order to simplify the result.
(b) We let u=sin(x), so du=cos(x)dx. This change of variable transforms the integral into one we can integrate as follows:
∫cot(x)dx=∫sin(x)cos(x)dx=∫u1du=ln(∣u∣)+C=ln(∣sin(x)∣+C=−ln(∣sin(x)∣−1)+C=−ln(∣csc(x)∣)+C. Note that here we used the fact that ln(z)=(−1)(−1)ln(z)=(−1)ln(z−1) in order to simplify the result.
(c) We let u=sec(x)+tan(x), so it follows that du=(sec(x)tan(x)+sec2(x))dx. This change of variable shows that the basic structure of the integrand is simple and can be integrated as follows:
∫sec(x)+tan(x)sec2(x)+sec(x)tan(x)dx=∫u1du=ln(∣u∣)+C=ln(∣sec(x)+tan(x)∣)+C.
(d) The numerator of sec(x)+tan(x)sec2(x)+sec(x)tan(x) can be rewritten by removing the common factor of sec(x) to obtain
sec(x)(sec(x)+tan(x)). The integrand can then be simplified to
sec(x)+tan(x)sec2(x)+sec(x)tan(x)=sec(x)+tan(x)sec(x)(sec(x)+tan(x))=sec(x).
(e) Using the results of (c) and (d), we see that
∫sec(x)dx=∫sec(x)+tan(x)sec2(x)+sec(x)tan(x)dx=ln(∣sec(x)+tan(x)∣)+C.
(f) Following (c)-(e) we can evaluate intcsc(x)dx as follows. First, rewrite csc(x) by multiplying by 1=csc(x)+cot(x)csc(x)+cot(x), so that
∫csc(x)dx=∫csc(x)+cot(x)csc(x)(csc(x)+cot(x))dx=∫csc(x)+cot(x)csc2(x)+csc(x)cot(x)dx. Now we evaluate the last integral in the preceding equation with the substitution u=csc(x)+cot(x). Then du=−(csc(x)cot(x)+csc2(x))dx. This change of variable transforms the integral so that we can integrate:
∫csc(x)+cot(x)csc2(x)+csc(x)cot(x)dx=−∫u1dx=−ln(∣u∣)+C=−ln(∣csc(x)+cot(x)∣)+C. Connecting the equalities we have established in our work, we have shown that
∫csc(x)dx=−ln(∣csc(x)+cot(x)∣)+C.
(a) 얼핏 보면 피적분함수에 x 가 서로 다른 곳에 들어 있어서 이 피적분함수는 치환에 적합하지 않아 보일 수 있습니다. 그럼에도 합성함수 x−1 을 길잡이로 삼아 u=x−1 로 놓으세요. x 와 dx 를 각각 u 에 관한 식으로 나타내세요.
(b) 주어진 x 에 관한 적분을 u 에 관한 새로운 적분으로 바꾸세요.
(c) u=u1/2 임에 주목하고, 이제 곱셈을 전개하여 u 에 관한 피적분함수를 다시 쓸 수 있음을 이용하여 (b)의 적분을 계산하세요.
(d) 두 적분 ∫x2x−1dx 와 ∫xx2−1dx 를 각각 계산하세요. 이 문제의 세 부정적분 사이의 공통점과, 각각에서 치환과 식의 대수적 변형이 하는 역할을 한 문단으로 쓰세요.
영어 원문 보기
Consider the indefinite integral ∫xx−1dx.
(a) At first glance, this integrand may not seem suited to substitution due to the presence of x in separate locations in the integrand. Nonetheless, using the composite function x−1 as a guide, let u=x−1. Determine expressions for both x and dx in terms of u.
(b) Convert the given integral in x to a new integral in u.
(c) Evaluate the integral in (b) by noting that u=u1/2 and observing that it is now possible to rewrite the integrand in u by expanding through multiplication.
(d) Evaluate each of the integrals ∫x2x−1dx and ∫xx2−1dx. Write a paragraph to discuss the similarities among the three indefinite integrals in this problem and the role of substitution and algebraic rearrangement in each.
정답·풀이 보기
(a) u=x−1 로 놓으면 x=u+1 이고 따라서 dx=du 이다.
(b) (a)의 변수변환을 이용하면
∫xx−1dx=∫(u+1)udu.
(c) u=u1/2 임을 이용하여 전개하면 적분을 다음과 같이 계산할 수 있다.
∫xx−1dx=∫(u+1)u1/2du=∫(u3/2+u1/2)du=52u5/2+32u3/2+C=52(x−1)5/2+32(x−1)3/2+C.
(d) 먼저 ∫x2x−1dx 에서 u=x−1 로 놓으면 x=u+1 이고 dx=du 이다. 이후의 과정은 (b)에서 한 것과 매우 비슷하다.
∫x2x−1dx=∫(u+1)2u1/2du=∫(u2+2u+1)u1/2du=∫(u5/2+2u3/2+u1/2)du=72u7/2+54u5/2+32u3/2+C=72(x−1)7/2+54(x−1)5/2+32(x−1)3/2+C.∫xx2−1dx 는 겉보기에는 매우 비슷해 보이지만 상황이 전혀 다르다. u=x2−1 로 놓으면 du=2xdx 이므로, 함수와 그 도함수의 쌍이 나타나는 표준적인 꼴이 된다. xdx=21du 임에 주목하면
∫xx2−1dx=∫u⋅21du=21⋅32u3/2+C=31u3/2+C=31(x2−1)3/2+C.
제곱근 안에 (x−a) 가 있고 제곱근 밖에 다항식이 있는 경우에는, 치환 u=x−a 를 이용하여 근호의 모양을 x−a 에서 u 로 바꿈으로써 피적분함수를 적분할 수 있는 식으로 바꿀 수 있다. 그다음 식을 전개하면 본질적으로 u 의 (분수) 거듭제곱들의 합인 식을 적분하게 된다. 반면 제곱근 안에 1 보다 높은 차수의 다항식(예: x2−1)이 있는 경우에는, 마지막 예에서처럼 그 다항식의 도함수(상수배는 무관)가 제곱근 밖에 있어야 적분할 수 있으므로, 그러한 행운이 따라 주어야 할 가능성이 크다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) Letting u=x−1, we find that x=u+1 and thus dx=du.
(b) Using the change of variables in (a),
∫xx−1dx=∫(u+1)udu.
(c) Using the fact that u=u1/2 and distributing, we can evaluate the integral as follows:
∫xx−1dx=∫(u+1)u1/2du=∫(u3/2+u1/2)du=52u5/2+32u3/2+C=52(x−1)5/2+32(x−1)3/2+C.
(d) First, for ∫x2x−1dx, we let u=x−1 so that x=u+1 and dx=du. From there, our work is very similar to what we did in (b):
∫x2x−1dx=∫(u+1)2u1/2du=∫(u2+2u+1)u1/2du=∫(u5/2+2u3/2+u1/2)du=72u7/2+54u5/2+32u3/2+C=72(x−1)7/2+54(x−1)5/2+32(x−1)3/2+C.
For ∫xx2−1dx, despite the fact that the integral looks remarkably similar, the situation is quite different. We observe that with u=x2−1, it follows du=2xdx, so we have a standard function-derivative pair. Noting that xdx=21du, it follows that
∫xx2−1dx=∫u⋅21du=21⋅32u3/2+C=31u3/2+C=31(x2−1)3/2+C.
In the situation where we have (x−a) under a square root and a polynomial outside the square root, the substitution u=x−a will allow us to convert the integrand into an expression we can integrate by changing the form of the radical from x−a to u. From there we are able to distribute and integrate an expression that is essentially a sum of (fractional) powers of u. In the situation where a polynomial of degree higher than 1 (such as x2−1) is under the radical, we likely have to be fortunate enough to have the derivative of said polynomial (up to a constant) outside the radical in order to be able to integrate, as we were in the last example.
(a) 치환 u=sin(x) 가 주어진 적분의 값을 구하는 데 도움이 되지 않는 이유를 설명하세요.
(b) 기본 삼각함수 항등식 sin2(x)+cos2(x)=1 을 떠올려 보세요. sin3(x)=sin(x)⋅sin2(x) 임을 관찰하여, 기본 삼각함수 항등식을 이용해 피적분함수를 sin(x) 와 또 다른 함수의 곱으로 다시 쓰세요.
(c) 치환 u=cos(x) 가 (b)의 적분의 값을 구하는 데 이제 가능한 방법이 되는 이유를 설명하세요.
(d) (a)~(c)의 풀이 과정을 이용하여 부정적분 ∫sin3(x)dx 의 값을 구하세요.
(e) 비슷한 방법을 이용하여 ∫cos3(x)dx 의 값을 구하세요.
영어 원문 보기
Consider the indefinite integral ∫sin3(x)dx.
(a) Explain why the substitution u=sin(x) will not work to help evaluate the given integral.
(b) Recall the Fundamental Trigonometric Identity, which states that sin2(x)+cos2(x)=1. By observing that sin3(x)=sin(x)⋅sin2(x), use the Fundamental Trigonometric Identity to rewrite the integrand as the product of sin(x) with another function.
(c) Explain why the substitution u=cos(x) now provides a possible way to evaluate the integral in (b).
(d) Use your work in (a)-(c) to evaluate the indefinite integral ∫sin3(x)dx.
(e) Use a similar approach to evaluate ∫cos3(x)dx.
정답·풀이 보기
(a) u=sin(x) 라 하면 du=cos(x)dx 이다. 피적분함수에 코사인 함수가 없으므로, 적분을 값을 구할 수 있는 꼴로 바꾸는 데 필요한 함수와 그 도함수의 쌍이 존재하지 않는다.
(b) 기본 삼각함수 항등식에서 sin2(x)=1−cos2(x) 이므로
sin3(x)=sin(x)⋅sin2(x)=sin(x)(1−cos2(x)).
(c) (b)에서 ∫sin3(x)dx=∫sin(x)(1−cos2(x))dx 이고, 이 적분에는 u=cos(x), du=−sin(x)dx 에 대응하는 함수와 그 도함수의 쌍이 있다.
(d) 이 치환을 이용하여 얻은 적분의 값을 구하면
∫sin3(x)dx=∫sin(x)(1−cos2(x))dx=∫(−1)(1−u2)du=∫(u2−1)du=31u3−u+C=31cos3(x)−cos(x)+C.
(e) cos3(x)=cos(x)⋅cos2(x)=cos(x)(1−sin2(x)) 이므로, u=sin(x), 즉 du=cos(x)dx 로 놓으면
∫cos3(x)dx=∫cos(x)(1−sin2(x))dx=∫(1−u2)du=u−31u3+C=sin(x)−31sin3(x)+C.
원본 교재 풀이(영어)
(a) If we let u=sin(x), then du=cos(x)dx. Since there is no cosine function present in the integrand, we don't have the needed function-derivative pair present in order to transform the integral into one we can evaluate.
(b) Using the Fundamental Trigonometric Identity, we observe that sin2(x)=1−cos2(x), and thus
sin3(x)=sin(x)⋅sin2(x)=sin(x)(1−cos2(x)).
(c) By our work in (b), we see that ∫sin3(x)dx=∫sin(x)(1−cos2(x))dx, and in this integral we have the function-derivative pair that corresponds to u=cos(x) and du=−sin(x)dx.
(d) Using this substitution and evaluating the resulting integral,
∫sin3(x)dx=∫sin(x)(1−cos2(x))dx=∫(−1)(1−u2)du=∫(u2−1)du=31u3−u+C=31cos3(x)−cos(x)+C.
(e) Here we observe that cos3(x)=cos(x)⋅cos2(x)=cos(x)(1−sin2(x)), so letting u=sin(x) and thus du=cos(x)dx, we have
∫cos3(x)dx=∫cos(x)(1−sin2(x))dx=∫(1−u2)du=u−31u3+C=sin(x)−31sin3(x)+C.
(a) F′(x) 를 구하세요.
(b) 미적분의 기본정리 제1부를 이용하여 적분을 포함하지 않는 F 의 식을 구하세요.
(c) x>0 에서 F 는 증가함수인가요, 감소함수인가요? 그 이유를 설명하세요.
영어 원문 보기
Let f(t)=te−2t and F(x)=∫0xf(t)dt.
(a) Determine F′(x).
(b) Use the First FTC to find a formula for F that does not involve an integral.
(c) Is F an increasing or decreasing function for x>0? Why?
정답·풀이 보기
(a) 미적분의 기본정리 제2부에 의해 F′(x)=f(x)=xe−2x 이다.
(b) F(x)=∫0xte−2tdt 의 적분을 미적분의 기본정리 제1부로 계산하기 위해 부분적분을 이용한다.
udv=t,du=dt=e−2tdt,v=−21e−2t, 로 놓으면
∫te−2tdt=−21te−2t−∫(−21e−2t)dt=−21te−2t−41e−2t 이다. 따라서
F(x)=∫0xte−2tdt=−21te−2t−41e−2t0x=−21xe−2x−41e−2x−(0−41e0)=−21xe−2x−41e−2x+41
(c) x>0 일 때, e 의 거듭제곱은 항상 양수이므로 F′(x)=f(x)=xe−2x>0 임을 알 수 있다. 따라서 F′(x)>0 이므로 F 는 모든 x>0 에서 증가한다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) By the Second Fundamental Theorem of Calculus, F′(x)=f(x)=xe−2x.
(b) To use the First Fundamental Theorem of Calculus to evaluate the integral in F(x)=∫0xte−2tdt, we use integration by parts. Letting
udv=t,du=dt=e−2tdt,v=−21e−2t, it follows that
∫te−2tdt=−21te−2t−∫(−21e−2t)dt=−21te−2t−41e−2t. Thus,
F(x)=∫0xte−2tdt=−21te−2t−41e−2t0x=−21xe−2x−41e−2x−(0−41e0)=−21xe−2x−41e−2x+41
(c) For x>0, we observe that F′(x)=f(x)=xe−2x>0 since e to any power is positive. Thus, because F′(x)>0, it follows that F is increasing for all x>0.
(a) e2x=ex⋅ex 임에 주목하여, 치환 z=ex 을 이용해 변수 z 에 대한, 원래 적분과 같은 새로운 적분을 구하세요.
(b) (a)에서 구한 적분의 값을 적절한 방법으로 구하세요.
(c) ∫e2xcos(e2x)dx 의 값을 구하는 문제는 (a)의 적분의 값을 구하는 문제와 어떻게 다른가요? 이 적분의 값을 구하세요.
(d) 이 문제에서 앞서 사용한 방법을 염두에 두고, 다음 적분들의 값도 각각 구하세요:
∫e2xsin(ex)dx
∫e3xsin(e3x)dx
∫xex2cos(ex2)sin(ex2)dx
영어 원문 보기
Consider the indefinite integral given by ∫e2xcos(ex)dx.
(a) Noting that e2x=ex⋅ex, use the substitution z=ex to determine a new, equivalent integral in the variable z.
(b) Evaluate the integral you found in (a) using an appropriate technique.
(c) How is the problem of evaluating ∫e2xcos(e2x)dx different from evaluating the integral in (a)? Do so.
(d) Evaluate each of the following integrals as well, keeping in mind the approach(es) used earlier in this problem:
∫e2xsin(ex)dx
∫e3xsin(e3x)dx
∫xex2cos(ex2)sin(ex2)dx
정답·풀이 보기
(a) 먼저 다음과 같이 쓴다.
∫e2xcos(ex)dx=∫ex⋅excos(ex)dx.z=ex 으로 놓으면 dz=exdx 이므로
∫e2xcos(ex)dx=∫zcos(z)dz.
(b) 적분 ∫zcos(z)dz 는 u=z, dv=cos(z)dz 로 놓고 일반적인 방법으로 부분적분하여 구할 수 있다. 이렇게 하면
∫zcos(z)dz=zsin(z)−∫sin(z)dz=zsin(z)+cos(z)+C. 처음에 z 로 치환했던 것을 이용하여 원래의 x 에 대한 적분으로 돌아가면 다음을 얻는다.
∫e2xcos(ex)dx=exsin(ex)+cos(ex)+C.
(c) 적분 ∫e2xcos(e2x)dx 에는 (상수배를 제외하면) 함수와 그 도함수의 쌍이 이미 들어 있다. u=e2x 으로 놓으면 du=2e2xdx 이므로 이 치환을 이용하여 적분을 계산할 수 있다. 즉,
∫e2xcos(e2x)dx=∫cos(u)⋅21du=21sin(u)+C=21sin(e2x)+C
(d) - 첫 번째 적분 ∫e2xsin(ex)dx 에서는 ex 이 합성함수의 안쪽 함수이므로 z=ex 으로 놓는다. 그러면 dz=exdx 이고, e2x=ex⋅ex 으로 쓴다. 따라서
∫e2xsin(ex)dx=∫ex⋅exsin(ex)dx=∫zsin(z)dz.u=z, dv=sin(z)dz 로 놓고 일반적인 방법으로 부분적분하면
∫zsin(z)dz=sin(z)−zcos(z)+C 를 얻는다. z 를 다시 x 로 되돌리면 다음을 얻는다.
∫e2xsin(ex)dx=sin(ex)−zcos(ex)+C.
적분 ∫e3xsin(e3x)dx 는 u=e3x 과 du=3e3x 이 함수와 도함수의 쌍을 이루므로 u-치환으로 계산할 수 있다. 따라서
∫e3xsin(e3x)dx=∫sin(u)⋅31du=−31cos(u)+C=−31cos(e3x)+C.
마지막 적분 ∫xex2cos(ex2)sin(ex2)dx 에서는 먼저 합성함수의 미분법에 의해 dxd[ex2]=2xex2 임을 알 수 있고, 이는 함수와 도함수의 쌍이 있음을 보여 준다. 치환 z=ex2 을 이용하면 dz=2xex2dx 이므로
∫xex2cos(ex2)sin(ex2)dx=∫cos(z)sin(z)⋅21dz.z 에 대한 이 새로운 적분은 u=sin(z), du=cos(z)dz 로 하는 u-치환을 비롯하여 여러 가지 방법으로 계산할 수 있다. 이렇게 하면
∫cos(z)sin(z)⋅21dz=21∫udu=21⋅21u2+C=41sin2(z)+C. 원래의 x 에 대한 적분과 앞의 계산으로 돌아가 거꾸로 치환하면 다음을 얻는다.
∫xex2cos(ex2)sin(ex2)dx=41sin2(ex2)+C.
원본 교재 풀이(영어)
(a) We first write
∫e2xcos(ex)dx=∫ex⋅excos(ex)dx. Letting z=ex, we have dz=exdx, and thus
∫e2xcos(ex)dx=∫zcos(z)dz.
(b) We can evaluate the integral ∫zcos(z)dz using integration by parts in the standard way with u=z and dv=cos(z)dz. Doing so,
∫zcos(z)dz=zsin(z)−∫sin(z)dz=zsin(z)+cos(z)+C. Returning to the original integral in x and using the substitution we first used with z, we have shown that
∫e2xcos(ex)dx=exsin(ex)+cos(ex)+C.
(c) For the integral ∫e2xcos(e2x)dx, we actually have a function-derivative pair (up to a constant multiple) already present: letting u=e2x, du=2e2xdx, and thus we can evaluate the integral using this substitution. In particular,
∫e2xcos(e2x)dx=∫cos(u)⋅21du=21sin(u)+C=21sin(e2x)+C
(d) - For the first integral, ∫e2xsin(ex)dx, since ex is the inside function in the composition, we let z=ex, so dz=exdx, and write e2x=ex⋅ex. Hence,
∫e2xsin(ex)dx=∫ex⋅exsin(ex)dx=∫zsin(z)dz. Using the standard integration by parts with u=z and dv=sin(z)dz, we find
∫zsin(z)dz=sin(z)−zcos(z)+C. Re-substituting from z back to x, we've found that
∫e2xsin(ex)dx=sin(ex)−zcos(ex)+C.
The integral ∫e3xsin(e3x)dx can be evaluated using a u-substitution since u=e3x is present to form a function-derivative pair with du=3e3x. It follows that
∫e3xsin(e3x)dx=∫sin(u)⋅31du=−31cos(u)+C=−31cos(e3x)+C.
For the final integral, ∫xex2cos(ex2)sin(ex2)dx, we first observe by the chain rule that dxd[ex2]=2xex2, which shows that we have a function-derivative pair present. Using the substitution z=ex2, it follows dz=2xex2dx, and therefore
∫xex2cos(ex2)sin(ex2)dx=∫cos(z)sin(z)⋅21dz. The new integral in z can be evaluated using several different approaches, including u-substitution with u=sin(z), du=cos(z)dz. Doing so,
∫cos(z)sin(z)⋅21dz=21∫udu=21⋅21u2+C=41sin2(z)+C. Returning to the original integral in x and our earlier work, substituting backward we find that
∫xex2cos(ex2)sin(ex2)dx=41sin2(ex2)+C.
다음 각 부정적분에 대하여, 적분값을 구할 때 u-치환을 쓸지, 부분적분을 쓸지, 둘 다 쓰지 않을지*, 아니면 둘 다 쓸지 판단하세요. 각 경우에 판단한 이유를 한 문장으로 설명하고, 사용한 치환이 있으면 그것도 밝히세요. (즉, 어떤 문제에서 u=e3x 로 놓기로 했다면, 그렇게 놓았다는 것과 du=3e3xdx 임을 함께 써야 합니다.) 마지막으로, 선택한 방법으로 각 적분의 값을 구하세요. (* 다음 문제 중 하나는 초등함수로 나타낸 부정적분을 갖지 않으므로 실제로 적분값을 구할 필요가 없습니다. 이 문제는 주어진 선택지 중 "둘 다 쓰지 않는다"를 고르는 것에 해당합니다.)
For each of the following indefinite integrals, determine whether you would use u-substitution, integration by parts, neither*, or both to evaluate the integral. In each case, write one sentence to explain your reasoning, and include a statement of any substitutions used. (That is, if you decide in a problem to let u=e3x, you should state that, as well as that du=3e3xdx.) Finally, use your chosen approach to evaluate each integral. (* one of the following problems does not have an elementary antiderivative and you are not expected to actually evaluate this integral; this will correspond with a choice of “neither” among those given.)
(a) u=x3 으로 u-치환을 사용한다. 피적분함수가 x3 을 가장 안쪽 함수로 하는 합성함수를 포함하고, du=3x2dx 에 피적분함수에도 있는 인수 x2 이 들어 있기 때문이다. 이렇게 치환하면 x2dx=31du 이므로 적분은 다음과 같이 계산할 수 있다.
∫x2cos(x3)dx=31∫cos(u)du=31sin(u)+C=31sin(x3)+C.
(b) 피적분함수에 합성함수가 있으므로 z=x3/ 으로 치환해 볼 수 있다. 이때 dz=3x2dx 이다. 이 치환을 하려면 피적분함수를 다음과 같이 고쳐 써야 한다.
x5cos(x3)=x3[x2cos(x3)]
그리고 x3=z 임에 주목한다. 그러면
∫x5cos(x3)dx=31∫zcos(z)dz. 이 마지막 적분에 다음과 같이 놓고 부분적분을 시도해 볼 수 있다.
udv=z,du=dz=cos(z)dz,v=sin(z)
그러면
∫x5cos(x3)dx=31∫zcos(z)dz=31(zsin(z)−∫sin(z)dz)=31(zsin(z)+cos(z))+C=31(x3sin(x3)+cos(x3))+C.
(c) 로그함수는 미분하면 유리함수로 바뀌므로, u=ln(x2)=2ln(x) 로 놓고 부분적분을 하면 나오는 적분의 값을 구하기가 더 쉬워진다. 그래서 다음과 같이 놓는다.
udv=ln(x2),du=x2dx=xdx,v=2x2
그러면 부분적분에 의해
∫xln(x2)dx=2x2ln(x2)−∫(x2)(2x2)dx=2x2ln(x2)−∫xdx=2x2ln(x2)−2x2+C.
(d) u=x4 으로 치환해 볼 수 있지만, 그러면 du=4x3dx 인데 피적분함수에는 x3 인수가 없어서 이 치환을 완성할 수 없다. 부분적분을 시도하면 선택할 수 있는 것은 u=sin(x4) 로 놓는 것뿐인데, 이때 du=4x3cos(x4) 이 되어 적분이 더 복잡해질 뿐이다. 이것은 우리가 가진 도구로는 값을 구할 수 없는 적분이다.
(e) u=x4 으로 u-치환을 시도한다. 피적분함수가 x4 을 가장 안쪽 함수로 하는 합성함수를 포함하고, du=4x3dx 에 피적분함수에도 있는 인수 x3 이 들어 있기 때문이다. 이렇게 치환하면 x3dx=41du 이므로 적분은 다음과 같이 계산할 수 있다.
∫x3sin(x4)dx=41∫sin(u)du=−41cos(u)+C=−41cos(x4)+C.
(f) 부분적분을 사용한다. 다음에 주목한다.
∫x7sin(x4)dx=∫x4[x3sin(x4)]dx
미분할 수 있는 인수(x3)와 ((e)에서 했던 것처럼) 적분할 수 있는 인수(x3sin(x4))가 있다. 그래서 다음과 같이 놓는다.
udv=x3,du=3x2dx=x3sin(x4)dx,v=−41cos(x4)
이제 부분적분 공식에 의해
∫x7sin(x4)dx=−41x4cos(x4)+∫x3cos(x4)dx. 이 마지막 적분은 본질적으로 dv 에서 v 를 구하는 것과 같으므로, z=x4, dz=4x3dx 로 치환한다. 마지막 적분에서 변수를 바꾸면
∫x7sin(x4)dx=−41x4cos(x4)+∫x3cos(x4)dx=−41x4cos(x4)+41∫cos(z)dz=−41x4cos(x4)+41sin(z)+C=−41x4cos(x4)+41sin(x4)+C.
원본 교재 풀이(영어)
(a) We will use a u-substitution with u=x3 because the integrand involves a composite function with x3 as the innermost function and because du=3x2dx involves the factor x2 which is also present in the integrand. When we make this substitution we will have x2dx=31du and the integral can be evaluated as follows:
∫x2cos(x3)dx=31∫cos(u)du=31sin(u)+C=31sin(x3)+C.
(b) We might try substituting z=x3/, since there is a composite function in the integrand. In this case we have dz=3x2dx. To make this substitution we need to rewrite the integrand as
x5cos(x3)=x3[x2cos(x3)]
and notice that x3=z. Then
∫x5cos(x3)dx=31∫zcos(z)dz. We can then try integration by parts on this last integral with
udv=z,du=dz=cos(z)dz,v=sin(z)
We then have
∫x5cos(x3)dx=31∫zcos(z)dz=31(zsin(z)−∫sin(z)dz)=31(zsin(z)+cos(z))+C=31(x3sin(x3)+cos(x3))+C.
(c) Since the logarithm function changes to a rational function when we differentiate it, using integration by parts with u=ln(x2)=2ln(x) will make the resulting integral easier to evaluate. So we let
udv=ln(x2),du=x2dx=xdx,v=2x2
and then integration by parts yields
∫xln(x2)dx=2x2ln(x2)−∫(x2)(2x2)dx=2x2ln(x2)−∫xdx=2x2ln(x2)−2x2+C.
(d) We might try a substitution with u=x4, but then du=4x3dx and there is no factor of x3 in the integrand to allow us to complete this substitution. If we attempt to integrate by parts, then only option is to let u=sin(x4) which makes du=4x3cos(x4) and we only make the integral more complicated. This is one integral we cannot evaluate with the tools we have.
(e) We will try a u-substitution with u=x4, because the integrand involves a composite function with x4 as the innermost function and because du=4x3dx involves the factor x3 which is also present in the integrand. When we make this substitution we have x3dx=41du and the integral can be evaluated as follows:
∫x3sin(x4)dx=41∫sin(u)du=−41cos(u)+C=−41cos(x4)+C.
(f) We will use integration by parts. Notice that
∫x7sin(x4)dx=∫x4[x3sin(x4)]dx
and we have a factor we can differentiate (x3) and one we can integrate (x3sin(x4)) (as we did in part (e)). So we let
udv=x3,du=3x2dx=x3sin(x4)dx,v=−41cos(x4)
Integration by parts formula now gives
∫x7sin(x4)dx=−41x4cos(x4)+∫x3cos(x4)dx. This last integral is essentially the same as obtaining v from dv, so we will make the substitution z=x4 with dz=4x3dx. Changing variables in the last integral gives us
∫x7sin(x4)dx=−41x4cos(x4)+∫x3cos(x4)dx=−41x4cos(x4)+41∫cos(z)dz=−41x4cos(x4)+41sin(z)+C=−41x4cos(x4)+41sin(x4)+C.
A=∫−11(1+a−(1+a)x2)dx=(1+a)x−31+ax3−11=(1+a)(1)−31+a(1)3−((1+a)(−1)−31+a(−1)3)=2(1+a)−32(1+a)=34(1+a).A=2 가 되는 a 의 값을 구해야 하므로 다음 방정식을 푼다.
2=34(1+a), 이로부터 a=21 이다. 따라서 아래 그림에서 두 곡선 사이의 넓이는 정확히 A=2 이다.
원본 교재 풀이(영어)
Both of these quadratic functions pass through the points (−1,0) and (1,0), and thus these are the two intersection points for all positive values of a. In addition, since 1−x2>ax2−a on −1<x<1, it follows that the area between the curves is given by
A=∫−11(1−x2−(ax2−a))dx=∫−11((1+a)−(1+a)x2)dx. Evaluating the integral, we find that
A=∫−11(1+a−(1+a)x2)dx=(1+a)x−31+ax3−11=(1+a)(1)−31+a(1)3−((1+a)(−1)−31+a(−1)3)=2(1+a)−32(1+a)=34(1+a). We want to know for which value(s) of a it follows that A=2. Thus, we solve
2=34(1+a), from which it follows that a=21. Hence, in the figure below, the area between the two curves is exactly A=2.