문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 적분법

부분적분법

∫f g' = f g − ∫f' g 를 써서 곱의 꼴 함수를 적분한다

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 · 1.7절 · 18번우리말 번역

∫4yarctan⁡(2y) dy\displaystyle\int 4y\arctan(2y) \,\mathrm{d}y 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫4yarctan⁡(2y) dy\displaystyle\int 4y\arctan(2y) \,\mathrm{d}y.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

u=arctan⁡(2y)u = \arctan(2y), dv=4y dy\mathrm{d}v = 4y \,\mathrm{d}y 로 놓고 부분적분을 한다. 그러면 v=2y2v=2y^2 이고 du=2 dy1+(2y)2\mathrm{d}u= \frac{2\, \mathrm{d}y}{1+(2y)^2} 이다:

∫4yarctan⁡(2y) dy=2y2arctan⁡(2y)⏟uv−∫4y2(2y)2+1 dy⏟vdu\begin{aligned} \int 4y\arctan(2y) \,\mathrm{d}y = \underbrace{2y^2\arctan(2y)}_{uv} - \int\underbrace{ \frac{4y^2}{(2y)^2+1} \,\mathrm{d}y}_{v\mathrm{d}u} \end{aligned}

피적분함수 4y2(2y)2+1\frac{4y^2}{(2y)^2+1} 는 유리함수이다. 따라서 남은 적분은 먼저 나눗셈을 한 다음 부분분수 방법으로 계산할 수 있다. 그러나 4y24y2+1=4y2+14y2+1−14y2+1\frac{4y^2}{4y^2+1} = \frac{4y^2+1}{4y^2+1} - \frac{1}{4y^2+1} 임을 알아차리는 것이 더 쉽다. 그러므로 다음을 얻는다:

∫4y24y2+1 dy=∫(1−14y2+1) dy=y−12arctan⁡(2y)+C\begin{aligned} \int \frac{4y^2}{4y^2+1} \,\mathrm{d}y = \int \left(1 - \frac{1}{4y^2+1}\right)\,\mathrm{d}y = y - \frac12\arctan(2y) + C \end{aligned}

따라서 최종 답은 다음과 같다.

∫4yarctan⁡(2y) dy=2y2arctan⁡(2y)−y+12arctan⁡(2y)+C\begin{aligned} \int 4y\arctan(2y) \,\mathrm{d}y = 2y^2\arctan(2y) - y + \frac{1}{2}\arctan(2y) + C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We integrate by parts, using u=arctan⁡(2y)u = \arctan(2y), dv=4y dy\mathrm{d}v = 4y \,\mathrm{d}y, so that v=2y2v=2y^2 and du=2 dy1+(2y)2\mathrm{d}u= \frac{2\, \mathrm{d}y}{1+(2y)^2}:

∫4yarctan⁡(2y) dy=2y2arctan⁡(2y)⏟uv−∫4y2(2y)2+1 dy⏟vdu\begin{aligned} \int 4y\arctan(2y) \,\mathrm{d}y = \underbrace{2y^2\arctan(2y)}_{uv} - \int\underbrace{ \frac{4y^2}{(2y)^2+1} \,\mathrm{d}y}_{v\mathrm{d}u} \end{aligned}

The integrand 4y2(2y)2+1\frac{4y^2}{(2y)^2+1} 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 4y24y2+1=4y2+14y2+1−14y2+1\frac{4y^2}{4y^2+1} = \frac{4y^2+1}{4y^2+1} - \frac{1}{4y^2+1}. We therefore have:

∫4y24y2+1 dy=∫(1−14y2+1) dy=y−12arctan⁡(2y)+C\begin{aligned} \int \frac{4y^2}{4y^2+1} \,\mathrm{d}y = \int \left(1 - \frac{1}{4y^2+1}\right)\,\mathrm{d}y = y - \frac12\arctan(2y) + C \end{aligned}

The final answer is then

∫4yarctan⁡(2y) dy=2y2arctan⁡(2y)−y+12arctan⁡(2y)+C\begin{aligned} \int 4y\arctan(2y) \,\mathrm{d}y = 2y^2\arctan(2y) - y + \frac{1}{2}\arctan(2y) + C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.7절 · 16번
# 부분적분법계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
2.CLP-2 · 1.7절 · 23번우리말 번역

∫ecos⁡xsin⁡(2x)dx\displaystyle\int e^{\cos x}\sin(2x)\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫ecos⁡xsin⁡(2x)dx\displaystyle\int e^{\cos x}\sin(2x)\mathrm{d}x.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

어디서부터 시작해야 할지 분명하지 않지만, 일반적으로 삼각함수의 인수가 같으면 편리하다. 그래서 항등식 sin⁡(2x)=2sin⁡xcos⁡x\sin(2x)=2\sin x \cos x 를 이용한다.

∫ecos⁡xsin⁡(2x)dx=2∫ecos⁡xcos⁡xsin⁡x dx이제 w=cos⁡x, dw=−sin⁡xdx 로 치환할 수 있다.=−2∫wewdw여기서부터 적분이 더 익숙해 보일 것이다. u=w, dv=ewdw, du=dw, v=ew 로 놓고 부분적분을 할 수 있다.=−2[wew⏟uv−∫ewdw⏟vdu]=2ew[1−w]+C=2ecos⁡x[1−cos⁡x]+C\begin{aligned} \int e^{\cos x}\sin(2x)\mathrm{d}x&=2\int e^{\cos x}\cos x \sin x\,\mathrm{d}x \\ \text{이제 $w=\cos x$, $\mathrm{d}w=-\sin x \mathrm{d}x$ 로 치환할 수 있다.} \\ &=-2\int we^w\mathrm{d}w \\ \text{여기서부터 적분이 더 익숙해 보일 것이다. $u=w$, $\mathrm{d}v = e^w\mathrm{d}w$, $\mathrm{d}u=\mathrm{d}w$, $v=e^w$ 로 놓고 부분적분을 할 수 있다.} \\ &=-2\left[\underbrace{we^w}_{uv} - \int \underbrace{e^w\mathrm{d}w}_{v\mathrm{d}u}\right]\\ &=2e^w\left[1-w\right]+C\\ &=2e^{\cos x}[1-\cos x]+C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

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)=2sin⁡xcos⁡x\sin(2x)=2\sin x \cos x.

∫ecos⁡xsin⁡(2x)dx=2∫ecos⁡xcos⁡xsin⁡x dxNow we can use the substitution w=cos⁡x, dw=−sin⁡xdx.=−2∫wewdwFrom here the integral should look more familiar. We can use integration by parts with u=w, dv=ewdw, du=dw, and v=ew.=−2[wew⏟uv−∫ewdw⏟vdu]=2ew[1−w]+C=2ecos⁡x[1−cos⁡x]+C\begin{aligned} \int e^{\cos x}\sin(2x)\mathrm{d}x&=2\int e^{\cos x}\cos x \sin x\,\mathrm{d}x \\ \text{Now we can use the substitution $w=\cos x$, $\mathrm{d}w=-\sin x \mathrm{d}x$.} \\ &=-2\int we^w\mathrm{d}w \\ \text{From here the integral should look more familiar. We can use integration by parts with $u=w$, $\mathrm{d}v = e^w\mathrm{d}w$, $\mathrm{d}u=\mathrm{d}w$, and $v=e^w$.} \\ &=-2\left[\underbrace{we^w}_{uv} - \int \underbrace{e^w\mathrm{d}w}_{v\mathrm{d}u}\right]\\ &=2e^w\left[1-w\right]+C\\ &=2e^{\cos x}[1-\cos x]+C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.7절 · 18번
# 부분적분법계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
3.CLP-2 · 1.7절 · 24번우리말 번역

∫xe−x(1−x)2dx\displaystyle\int \frac{x e^{-x}}{(1-x)^2}\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫xe−x(1−x)2dx\displaystyle\int \frac{x e^{-x}}{(1-x)^2}\mathrm{d}x.

정답·풀이 보기

피적분함수가 여러 함수의 곱으로 이루어져 있고, 뚜렷한 치환도 보이지 않는다. 그래서 부분적분을 생각한다. 1(1−x)2\frac{1}{(1-x)^2} 의 부정적분은 알고 있는데, ddx11−x=1(1−x)2\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\frac{1}{1-x}=\frac{1}{(1-x)^2} 임을 알고 있기 때문이다. 그러므로 dv=dx(1−x)2\mathrm{d}v = \frac{\mathrm{d}x}{(1-x)^2} 과 u=xe−xu=xe^{-x} 로 놓아 보자. 그러면 v=11−xv=\frac{1}{1-x} 이고 du=(1−x)e−x dx\mathrm{d}u = (1-x)e^{-x}\,\mathrm{d}x 이다. 따라서 부분적분에 의해

∫xe−x⏟udx(1−x)2⏟dv=xe−x1−x⏟uv−∫11−x⏟v(1−x)e−x dx⏟du=xe−x1−x−∫e−x dx=xe−x1−x+e−x+C=e−x1−x+C\begin{aligned} \int\underbrace{xe^{-x}}_{u}\underbrace{ \frac{\mathrm{d}x}{(1-x)^2}}_{\mathrm{d}v} &= \underbrace{\frac{xe^{-x}}{1-x}}_{uv} -\int\underbrace{\frac{1}{1-x}}_{v}\underbrace{(1-x)e^{-x}\,\mathrm{d}x}_{\mathrm{d}u} \\ &=\frac{xe^{-x}}{1-x} -\int e^{-x}\,\mathrm{d}x \\ &=\frac{xe^{-x}}{1-x} + e^{-x} + C =\frac{e^{-x}}{1-x} + C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

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(1−x)2\frac{1}{(1-x)^2}, because we know ddx11−x=1(1−x)2\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\frac{1}{1-x}=\frac{1}{(1-x)^2}. So let's try dv=dx(1−x)2\mathrm{d}v = \frac{\mathrm{d}x}{(1-x)^2} and u=xe−xu=xe^{-x}. Then v=11−xv=\frac{1}{1-x} and du=(1−x)e−x dx\mathrm{d}u = (1-x)e^{-x}\,\mathrm{d}x. So, by integration by parts,

∫xe−x⏟udx(1−x)2⏟dv=xe−x1−x⏟uv−∫11−x⏟v(1−x)e−x dx⏟du=xe−x1−x−∫e−x dx=xe−x1−x+e−x+C=e−x1−x+C\begin{aligned} \int\underbrace{xe^{-x}}_{u}\underbrace{ \frac{\mathrm{d}x}{(1-x)^2}}_{\mathrm{d}v} &= \underbrace{\frac{xe^{-x}}{1-x}}_{uv} -\int\underbrace{\frac{1}{1-x}}_{v}\underbrace{(1-x)e^{-x}\,\mathrm{d}x}_{\mathrm{d}u} \\ &=\frac{xe^{-x}}{1-x} -\int e^{-x}\,\mathrm{d}x \\ &=\frac{xe^{-x}}{1-x} + e^{-x} + C =\frac{e^{-x}}{1-x} + C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.7절 · 12번
# 부분적분법계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
4.CLP-2 · 1.7절 · 25번우리말 번역

점화식.

(a) 다음 점화식을 유도하세요. ∫sin⁡n(x) dx=−sin⁡n−1(x)cos⁡(x)n+n−1n∫sin⁡n−2(x) dx.\int\sin^n(x)\,\mathrm{d}x=-\frac{\sin^{n-1}(x)\cos(x)}{n} +\frac{n-1}{n}\int\sin^{n-2}(x)\,\mathrm{d}x. (b) ∫0π/2sin⁡8(x) dx\displaystyle\int_0^{\pi/2}\sin^8(x)\,\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

A reduction formula.

(a) Derive the reduction formula ∫sin⁡n(x) dx=−sin⁡n−1(x)cos⁡(x)n+n−1n∫sin⁡n−2(x) dx.\int\sin^n(x)\,\mathrm{d}x=-\frac{\sin^{n-1}(x)\cos(x)}{n} +\frac{n-1}{n}\int\sin^{n-2}(x)\,\mathrm{d}x. (b) Calculate ∫0π/2sin⁡8(x) dx\displaystyle\int_0^{\pi/2}\sin^8(x)\,\mathrm{d}x.

정답·풀이 보기

(a) 피적분함수의 "부분"은 사인의 거듭제곱이다. 점화식의 우변을 보면, 정확히 같지는 않지만 sin⁡n−1x\sin^{n-1}x 의 도함수와 조금 비슷해 보인다. 그래서 u=sin⁡n−1xu=\sin^{n-1}x, dv=sin⁡x dx\mathrm{d}v=\sin x\,\mathrm{d}x 로 놓고 부분적분하면 du=(n−1)sin⁡n−2xcos⁡x\mathrm{d}u=(n-1)\sin^{n-2}x\cos x 이고 v=−cos⁡xv=-\cos x 이다.

∫sin⁡nx dx=−sin⁡n−1x cos⁡x⏟uv+(n−1)∫cos⁡2x sin⁡n−2x dx⏟−∫vdu항등식 sin⁡2x+cos⁡2x=1 을 이용하면,=−sin⁡n−1x cos⁡x+(n−1)∫(1−sin⁡2x)sin⁡n−2x dx=−sin⁡n−1x cos⁡x+(n−1)∫sin⁡n−2x dx−(n−1)∫sin⁡nx dx\begin{aligned} \int\sin^nx\,\mathrm{d}x &=\underbrace{-\sin^{n-1}x\ \cos x}_{uv}+\underbrace{(n-1)\int \cos^2x\ \sin^{n-2}x\ \mathrm{d}x}_{-\int v\mathrm{d}u} \\ \text{항등식 $\sin^2 x + \cos^2 x =1 $ 을 이용하면,} \\ &=-\sin^{n-1}x\ \cos x+(n-1)\int (1-\sin^2 x)\sin^{n-2}x\ \mathrm{d}x\\ &=-\sin^{n-1}x\ \cos x+(n-1)\int\sin^{n-2}x\ \mathrm{d}x -(n-1)\int\sin^{n}x\ \mathrm{d}x \end{aligned}

우변의 마지막 항을 좌변으로 옮기면

n∫sin⁡nx dx=−sin⁡n−1x cos⁡x+(n−1)∫sin⁡n−2x dx\begin{aligned} n\int\sin^nx\,\mathrm{d}x &=-\sin^{n-1}x\ \cos x+(n-1)\int\sin^{n-2}x\ \mathrm{d}x \end{aligned}

양변을 nn 으로 나누면 구하려던 점화식이 얻어진다.

(b) (a)의 점화식에 의해 n≥2n \ge 2 이면

∫0π/2sin⁡n(x) dx=n−1n∫0π/2sin⁡n−2(x) dx\begin{aligned} \int_0^{\pi/2}\sin^n(x)\,\mathrm{d}x= \frac{n-1}{n}\int_0^{\pi/2}\sin^{n-2}(x)\,\mathrm{d}x \end{aligned}

이다. 이는 sin⁡0=cos⁡π2=0\sin 0=\cos\frac{\pi}{2}=0 이기 때문이다. n=8,6,4,2n=8,6,4,2 에 대해 이 점화식을 적용하면:

∫0π/2sin⁡8(x) dx=78∫0π/2sin⁡6(x) dx=78⋅56∫0π/2sin⁡4(x) dx=78⋅56⋅34∫0π/2sin⁡2(x) dx=78⋅56⋅34⋅12∫0π/2 dx=78⋅56⋅34⋅12⋅π2=35256π\begin{aligned} \int_0^{\pi/2}\sin^8(x)\,\mathrm{d}x &=\frac{7}{8}\int_0^{\pi/2}\sin^6(x)\,\mathrm{d}x =\frac{7}{8}\cdot\frac{5}{6}\int_0^{\pi/2}\sin^4(x)\,\mathrm{d}x =\frac{7}{8}\cdot\frac{5}{6}\cdot\frac{3}{4}\int_0^{\pi/2}\sin^2(x)\,\mathrm{d}x \\ &=\frac{7}{8}\cdot\frac{5}{6}\cdot\frac{3}{4}\cdot\frac{1}{2}\int_0^{\pi/2}\,\mathrm{d}x =\frac{7}{8}\cdot\frac{5}{6}\cdot\frac{3}{4}\cdot\frac{1}{2}\cdot\frac{\pi}{2} =\frac{35}{256}\pi \end{aligned}

계산기를 사용하면 이 값은 약 0.42950.4295 임을 알 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

(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 sin⁡n−1x\sin^{n-1}x, although not exactly. So, let's integrate by parts with u=sin⁡n−1xu=\sin^{n-1}x and dv=sin⁡x dx\mathrm{d}v=\sin x\,\mathrm{d}x, so that du=(n−1)sin⁡n−2xcos⁡x\mathrm{d}u=(n-1)\sin^{n-2}x\cos x and v=−cos⁡xv=-\cos x.

∫sin⁡nx dx=−sin⁡n−1x cos⁡x⏟uv+(n−1)∫cos⁡2x sin⁡n−2x dx⏟−∫vduUsing the identity sin⁡2x+cos⁡2x=1,=−sin⁡n−1x cos⁡x+(n−1)∫(1−sin⁡2x)sin⁡n−2x dx=−sin⁡n−1x cos⁡x+(n−1)∫sin⁡n−2x dx−(n−1)∫sin⁡nx dx\begin{aligned} \int\sin^nx\,\mathrm{d}x &=\underbrace{-\sin^{n-1}x\ \cos x}_{uv}+\underbrace{(n-1)\int \cos^2x\ \sin^{n-2}x\ \mathrm{d}x}_{-\int v\mathrm{d}u} \\ \text{Using the identity $\sin^2 x + \cos^2 x =1 $,} \\ &=-\sin^{n-1}x\ \cos x+(n-1)\int (1-\sin^2 x)\sin^{n-2}x\ \mathrm{d}x\\ &=-\sin^{n-1}x\ \cos x+(n-1)\int\sin^{n-2}x\ \mathrm{d}x -(n-1)\int\sin^{n}x\ \mathrm{d}x \end{aligned}

Moving the last term on the right hand side to the left hand side gives

n∫sin⁡nx dx=−sin⁡n−1x cos⁡x+(n−1)∫sin⁡n−2x dx\begin{aligned} n\int\sin^nx\,\mathrm{d}x &=-\sin^{n-1}x\ \cos x+(n-1)\int\sin^{n-2}x\ \mathrm{d}x \end{aligned}

Dividing across by nn gives the desired reduction formula.

(b) By the reduction formula of part (a), if n≥2n \ge 2,

∫0π/2sin⁡n(x) dx=n−1n∫0π/2sin⁡n−2(x) dx\begin{aligned} \int_0^{\pi/2}\sin^n(x)\,\mathrm{d}x= \frac{n-1}{n}\int_0^{\pi/2}\sin^{n-2}(x)\,\mathrm{d}x \end{aligned}

since sin⁡0=cos⁡π2=0\sin 0=\cos\frac{\pi}{2}=0. Applying this reduction formula, with n=8,6,4,2n=8,6,4,2:

∫0π/2sin⁡8(x) dx=78∫0π/2sin⁡6(x) dx=78⋅56∫0π/2sin⁡4(x) dx=78⋅56⋅34∫0π/2sin⁡2(x) dx=78⋅56⋅34⋅12∫0π/2 dx=78⋅56⋅34⋅12⋅π2=35256π\begin{aligned} \int_0^{\pi/2}\sin^8(x)\,\mathrm{d}x &=\frac{7}{8}\int_0^{\pi/2}\sin^6(x)\,\mathrm{d}x =\frac{7}{8}\cdot\frac{5}{6}\int_0^{\pi/2}\sin^4(x)\,\mathrm{d}x =\frac{7}{8}\cdot\frac{5}{6}\cdot\frac{3}{4}\int_0^{\pi/2}\sin^2(x)\,\mathrm{d}x \\ &=\frac{7}{8}\cdot\frac{5}{6}\cdot\frac{3}{4}\cdot\frac{1}{2}\int_0^{\pi/2}\,\mathrm{d}x =\frac{7}{8}\cdot\frac{5}{6}\cdot\frac{3}{4}\cdot\frac{1}{2}\cdot\frac{\pi}{2} =\frac{35}{256}\pi \end{aligned}

Using a calculator, we see this is approximately 0.42950.4295.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.7절 · 24번
# 부분적분법계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
5.CLP-2 · 1.7절 · 27번우리말 번역

RR 을 구간 0≤x≤30 \le x \le 3 에서 곡선 T(x)=xe3xT(x) = \sqrt{x}e^{3x} 과 B(x)=x(1+2x)B(x) = \sqrt{x}(1+2x) 사이의 영역이라 하자. (모든 0≤x≤30\le x\le 3 에 대해 T(x)≥B(x)T(x)\ge B(x) 임이 알려져 있다.) RR 을 xx축을 중심으로 회전시켜 만든 입체의 부피를 구하세요.

영어 원문 보기

Let RR be the region between the curves T(x)=xe3xT(x) = \sqrt{x}e^{3x} and B(x)=x(1+2x)B(x) = \sqrt{x}(1+2x) on the interval 0≤x≤30 \le x \le 3. (It is true that T(x)≥B(x)T(x)\ge B(x) for all 0≤x≤30\le x\le 3.) Compute the volume of the solid formed by rotating RR about the xx-axis.

정답·풀이 보기

xx 의 값을 고정하고 xx축을 중심으로 회전시키면, 안쪽 반지름이 B(x)B(x) 이고 바깥쪽 반지름이 T(x)T(x) 인 워셔(속이 빈 원판)가 만들어지므로 그 넓이는 π[T(x)2−B(x)2]\pi [T(x)^2 - B(x)^2] 이다. 이 함수를 x=0x=0 에서 x=3x=3 까지 적분하여 전체 부피 VV 를 구한다:

V=∫03π[T(x)2−B(x)2] dx=π∫03(xe3x)2−(x(1+2x))2 dx=π∫03(xe6x−(x+4x2+4x3)) dx=π∫03xe6x dx−π[x22+4x33+x4]03=π∫03xe6x dx−π[322+4⋅333+34]\begin{aligned} V &= \int_0^3 \pi [T(x)^2 - B(x)^2]\,\mathrm{d}x \\ &= \pi \int_0^3 (\sqrt{x}e^{3x})^2 - (\sqrt{x}(1+2x))^2 \,\mathrm{d}x \\ &= \pi \int_0^3 \big( xe^{6x} - (x+4x^2+4x^3) \big) \,\mathrm{d}x \\ &= \pi \int_0^3 xe^{6x} \,\mathrm{d}x - \pi \Big[ \frac{x^2}{2} + \frac{4x^3}{3} + x^4\Big]_{0}^3 \\ &= \pi \int_0^3 xe^{6x} \,\mathrm{d}x - \pi \Big[\frac{3^2}{2} + \frac{4\cdot3^3}{3} + 3^4\Big] \end{aligned}

첫 번째 적분에는 u(x)=xu(x) = x, dv=e6xdx\mathrm{d}v = e^{6x}\mathrm{d}x 로 놓고 부분적분을 사용한다. 그러면 du=dx\mathrm{d}u=\mathrm{d}x 이고 v(x)=16e6xv(x)=\frac16e^{6x} 이다:

∫03xe6x dx=xe6x6⏟uv∣03−∫0316e6x dx⏟vdu=3e186−0−136e6x∣03=e182−(e1836−136).\begin{aligned} \int_0^3 xe^{6x} \,\mathrm{d}x &=\underbrace{ \frac{xe^{6x}}{6}}_{uv}\bigg|_{0}^3 - \int_0^3 \underbrace{\frac{1}{6}e^{6x} \,\mathrm{d}x }_{v\mathrm{d}u}\\ &= \frac{3e^{18}}{6} - 0 - \frac{1}{36} e^{6x} \bigg|_{0}^3 = \frac{e^{18}}{2} - \bigg( \frac{e^{18}}{36} - \frac1{36} \bigg). \end{aligned}

따라서 전체 부피는

V=π[e182−(e1836−136)]−π[322+4⋅333+34]=π(17e18−437336).\begin{aligned} V = \pi \bigg[\frac{e^{18}}{2} - \bigg( \frac{e^{18}}{36} - \frac1{36} \bigg) \bigg] - \pi \bigg[\frac{3^2}{2} + \frac{4\cdot3^3}{3} + 3^4 \bigg] = \pi \bigg( \frac{17 e^{18}-4373}{36} \bigg). \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

For a fixed value of xx, if we rotate about the xx-axis, we form a washer of inner radius B(x)B(x) and outer radius T(x)T(x) and hence of area π[T(x)2−B(x)2]\pi [T(x)^2 - B(x)^2]. We integrate this function from x=0x=0 to x=3x=3 to find the total volume VV:

V=∫03π[T(x)2−B(x)2] dx=π∫03(xe3x)2−(x(1+2x))2 dx=π∫03(xe6x−(x+4x2+4x3)) dx=π∫03xe6x dx−π[x22+4x33+x4]03=π∫03xe6x dx−π[322+4⋅333+34]\begin{aligned} V &= \int_0^3 \pi [T(x)^2 - B(x)^2]\,\mathrm{d}x \\ &= \pi \int_0^3 (\sqrt{x}e^{3x})^2 - (\sqrt{x}(1+2x))^2 \,\mathrm{d}x \\ &= \pi \int_0^3 \big( xe^{6x} - (x+4x^2+4x^3) \big) \,\mathrm{d}x \\ &= \pi \int_0^3 xe^{6x} \,\mathrm{d}x - \pi \Big[ \frac{x^2}{2} + \frac{4x^3}{3} + x^4\Big]_{0}^3 \\ &= \pi \int_0^3 xe^{6x} \,\mathrm{d}x - \pi \Big[\frac{3^2}{2} + \frac{4\cdot3^3}{3} + 3^4\Big] \end{aligned}

For the first integral, we use integration by parts with u(x)=xu(x) = x, dv=e6xdx\mathrm{d}v = e^{6x}\mathrm{d}x, so that du=dx\mathrm{d}u=\mathrm{d}x and v(x)=16e6xv(x)=\frac16e^{6x}:

∫03xe6x dx=xe6x6⏟uv∣03−∫0316e6x dx⏟vdu=3e186−0−136e6x∣03=e182−(e1836−136).\begin{aligned} \int_0^3 xe^{6x} \,\mathrm{d}x &=\underbrace{ \frac{xe^{6x}}{6}}_{uv}\bigg|_{0}^3 - \int_0^3 \underbrace{\frac{1}{6}e^{6x} \,\mathrm{d}x }_{v\mathrm{d}u}\\ &= \frac{3e^{18}}{6} - 0 - \frac{1}{36} e^{6x} \bigg|_{0}^3 = \frac{e^{18}}{2} - \bigg( \frac{e^{18}}{36} - \frac1{36} \bigg). \end{aligned}

Therefore, the total volume is

V=π[e182−(e1836−136)]−π[322+4⋅333+34]=π(17e18−437336).\begin{aligned} V = \pi \bigg[\frac{e^{18}}{2} - \bigg( \frac{e^{18}}{36} - \frac1{36} \bigg) \bigg] - \pi \bigg[\frac{3^2}{2} + \frac{4\cdot3^3}{3} + 3^4 \bigg] = \pi \bigg( \frac{17 e^{18}-4373}{36} \bigg). \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.7절 · 25번
# 부분적분법활용도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
6.CLP-2 · 1.7절 · 28번우리말 번역

f(0)=1f(0) = 1, f(2)=3f(2) = 3, f′(2)=4f'(2) = 4 라 하자. ∫04f′′(x) dx{\displaystyle\int_0^4 f''\big(\sqrt{x}\big)\,\mathrm{d}x} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(0)=1f(0) = 1, f(2)=3f(2) = 3 and f′(2)=4f'(2) = 4. Calculate ∫04f′′(x) dx{\displaystyle\int_0^4 f''\big(\sqrt{x}\big)\,\mathrm{d}x}.

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정답·풀이 보기

f′′f'' 의 인수에 있는 제곱근을 없애기 위해 변수변환(“치환”이라고도 한다) x=t2, dx=2t dtx=t^2,\ \mathrm{d}x=2t\,\mathrm{d}t 를 한다.

∫04f′′(x) dx=2∫02tf′′(t) dt\begin{aligned} \int_0^4 f''\big(\sqrt{x}\big)\,\mathrm{d}x &= 2\int_0^2 tf''(t)\,\mathrm{d}t \end{aligned}

다음으로 f′′f'' 을 f′f' 으로 바꾸기 위해 u=tu=t, dv=f′′(t) dt\mathrm{d}v=f''(t)\,\mathrm{d}t, v=f′(t)v=f'(t) 로 놓고 부분적분한다.

∫04f′′(x) dx=2{[tf′(t)⏟uv]02−∫02 ⁣ ⁣ ⁣f′(t) dt⏟vdu}=2[tf′(t)−f(t)]02=2[2f′(2)−f(2)+f(0)]=2[2×4−3+1]=12\begin{aligned} \int_0^4 f''\big(\sqrt{x}\big)\,\mathrm{d}x &= 2\bigg\{\Big[\underbrace{tf'(t)}_{uv}\Big]_0^2-\int_0^2\!\!\!\underbrace{ f'(t)\,\mathrm{d}t}_{v\mathrm{d}u}\bigg\} \\ &=2\Big[tf'(t)-f(t)\Big]_0^2 \\ &=2\big[2f'(2)-f(2)+f(0)\big]=2\big[2\times 4-3+1\big]\\ &=12 \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

To get rid of the square root in the argument of f′′f'', we make the change of variables (also called “substitution") x=t2, dx=2t dtx=t^2,\ \mathrm{d}x=2t\,\mathrm{d}t.

∫04f′′(x) dx=2∫02tf′′(t) dt\begin{aligned} \int_0^4 f''\big(\sqrt{x}\big)\,\mathrm{d}x &= 2\int_0^2 tf''(t)\,\mathrm{d}t \end{aligned}

Then, to convert f′′f'' into f′f', we integrate by parts with u=tu=t, dv=f′′(t) dt\mathrm{d}v=f''(t)\,\mathrm{d}t, v=f′(t)v=f'(t) .

∫04f′′(x) dx=2{[tf′(t)⏟uv]02−∫02 ⁣ ⁣ ⁣f′(t) dt⏟vdu}=2[tf′(t)−f(t)]02=2[2f′(2)−f(2)+f(0)]=2[2×4−3+1]=12\begin{aligned} \int_0^4 f''\big(\sqrt{x}\big)\,\mathrm{d}x &= 2\bigg\{\Big[\underbrace{tf'(t)}_{uv}\Big]_0^2-\int_0^2\!\!\!\underbrace{ f'(t)\,\mathrm{d}t}_{v\mathrm{d}u}\bigg\} \\ &=2\Big[tf'(t)-f(t)\Big]_0^2 \\ &=2\big[2f'(2)-f(2)+f(0)\big]=2\big[2\times 4-3+1\big]\\ &=12 \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.7절 · 23번
# 부분적분법계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)