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.

1문제 · 1 / 1쪽

1.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)