문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 적분법

넓이(여러 가지 함수)

지수·로그·삼각함수 등이 만드는 곡선 사이의 넓이를 구한다

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

6문제 · 1 / 1쪽

1.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)
2.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)
3.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)
4.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)
5.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)
6.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)