연습문제 35–40에서, 먼저 치환을 한 다음 부정적분의 값을 구하세요.
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In Exercises 35–40, evaluate the indefinite integral after first making a substitution.
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 적분법
∫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.
119문제 · 6 / 6쪽
연습문제 35–40에서, 먼저 치환을 한 다음 부정적분의 값을 구하세요.
In Exercises 35–40, evaluate the indefinite integral after first making a substitution.
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
연습문제 35–40에서, 먼저 치환을 한 다음 부정적분의 값을 구하세요.
In Exercises 35–40, evaluate the indefinite integral after first making a substitution.
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
연습문제 35–40에서, 먼저 치환을 한 다음 부정적분의 값을 구하세요.
In Exercises 35–40, evaluate the indefinite integral after first making a substitution.
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
연습문제 35–40에서, 먼저 치환을 한 다음 부정적분의 값을 구하세요.
In Exercises 35–40, evaluate the indefinite integral after first making a substitution.
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
연습문제 35–40에서, 먼저 치환을 한 다음 부정적분의 값을 구하세요.
In Exercises 35–40, evaluate the indefinite integral after first making a substitution.
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
부분적분을 이용하여 적분의 값을 구하려고 한다고 합시다. 피적분함수의 일부를 로, 나머지 일부를 로 택합니다. 로 택한 부분은 (미분된다, 부정적분된다). 로 택한 부분은 (미분된다, 부정적분된다).
Suppose you want to evaluate an integral using integration by parts. You choose part of your integrand to be , and part to be . The part chosen as will be: (differentiated, antidifferentiated). The part chosen as will be: (differentiated, antidifferentiated).
공식 를 기억하자. 를 이용하여 를 만드므로, 즉 를 미분한다. 를 이용하여 를 만드므로, 즉 를 부정적분한다.
Remember our rule: . So, we take and use it to make –that is, we differentiate it. We take and use it to make –that is, we antidifferentiate it.
어떤 미분가능한 함수 와 에 대해 부분적분을 이용하여 의 값을 구하려고 한다고 하자. 의 부정적분을 구해야 하는데, 택할 수 있는 것이 무수히 많다. 의 모든 부정적분이 서로 같은 최종 결과를 준다는 것을 보이세요.
Suppose we want to use integration by parts to evaluate for some differentiable functions and . We need to find an antiderivative of , but there are infinitely many choices. Show that every antiderivative of gives an equivalent final answer.
모든 부정적분은 상수만큼만 차이가 나므로, 어떤 에 대해 모두 로 쓸 수 있다. 그러면 부분적분 공식에 의해
이다. 여기서 는 임의의 상수이다.
가 포함된 항이 서로 상쇄되므로 를 무엇으로 택하든 상관없다. 어떻게 택해도 결과는 같다.
All the antiderivatives differ only by a constant, so we can write them all as for some . Then, using the formula for integration by parts,
where is any constant.
Since the terms with cancel out, it didn't matter what we chose for –all choices end up the same.
의 값을 구하세요.
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
이 피적분함수는 두 함수의 곱이며, 뚜렷한 치환이 보이지 않는다. 그래서 한쪽을 , 다른 쪽을 으로 하여 부분적분을 시도해 보자.
얼핏 보면, 빨간색 함수끼리 곱한 것과 파란색 함수끼리 곱한 것은 처음 적분과 거의 비슷한 피적분함수가 되며, 어느 것도 원시함수가 뚜렷하게 보이지 않는다. 앞선 문제들에서는 로 놓아 가 되었으므로, 피적분함수의 ""가 사실상 사라졌다. 여기서는 으로 놓으면 가 되어 차수가 낮아진다는 것을 알 수 있다. 매번 를 의 거듭제곱으로 정하여 부분적분을 반복하면, 의 3계 도함수는 상수이므로 몇 번 반복한 뒤에는 의 거듭제곱이 사라질 것이다.
그러므로 방법 2인 , , , 으로 시작한다.
이 결과가 타당한지 확인해 보자. 의 도함수는 이어야 한다. 곱의 미분법을 이용하여 미분한다.
참고: 엄밀하게 부정적분을 구하려면 처음 부분적분을 할 때 곧바로 를 더해야 한다. 그러나 부분적분을 사용할 때에는 보통 마지막에 적분을 계산하게 되고, 그 시점에 를 더한다. 는 결국 나타나므로, 마지막까지 계산 과정에 이를 쓰지 않아 식이 복잡해지지 않게 하는 것이 일반적인 관행이다.
This integrand is the product of two functions, with no obvious substitution. So, let's try integration by parts, with one part and one part .
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 , and then , so the “" in the integrand effectively went away. Here, we see that choosing will lead to , which has a lower power. If we repeatedly perform integration by parts, choosing to be the power of each time, then after a few iterations it should go away, because the third derivative of is a constant.
So, we start with Option 2: , , , and .
Let's check that this makes sense: the derivative of should be . We differentiate using the product rule.
Remark: In order to be technically correct in our antidifferentiation, we should add the 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 at that point. Since the comes up eventually, it is common practice to not clutter our calculations with it until the end.
의 값을 구하세요.
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
피적분함수는 두 함수의 곱이고 뚜렷한 치환도 보이지 않으므로, 부분적분으로 무엇을 할 수 있는지 살펴보자.
어느 방법도 곧바로 적분할 수 있는 식을 주지는 않지만, 방법 1은 항을 의 더 낮은 거듭제곱으로 바꾼다. 부분적분을 반복해서 적용하면 이 거듭제곱을 0까지 낮출 수 있다. 그러므로 , 로 놓고 시작하면 , 이다.
The integrand is the product of two functions, without an obvious substitution, so let's see what integration by parts can do for us.
Neither option gives us something immediately integrable, but Option 1 replaces our term with a lower power of . If we repeatedly apply integration by parts, we can reduce this power to zero. So, we start by choosing and , so and .
의 값을 구하세요.
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
망치를 든 사람에게는 모든 것이 못으로 보인다는 점을 다시 한번 상기시켜 준다. 이 문제의 적분은 치환을 이용해 푸는 대표적인 예이다. “안쪽 함수” 이 있고, 그 도함수가 피적분함수의 나머지 부분에 곱해져 나타난다. 로 놓으면 이므로
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," , whose derivative shows up multiplied to the rest of the integrand. We take , then , so
의 값을 구하세요.
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
, 로 놓고 부분적분을 한다. 그러면 이고 이다:
피적분함수 는 유리함수이다. 따라서 남은 적분은 먼저 나눗셈을 한 다음 부분분수 방법으로 계산할 수 있다. 그러나 임을 알아차리는 것이 더 쉽다. 그러므로 다음을 얻는다:
따라서 최종 답은 다음과 같다.
We integrate by parts, using , , so that and :
The integrand 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 . We therefore have:
The final answer is then
의 값을 구하세요.
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
어디서부터 시작해야 할지 분명하지 않지만, 일반적으로 삼각함수의 인수가 같으면 편리하다. 그래서 항등식 를 이용한다.
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 .
의 값을 구하세요.
Evaluate .
피적분함수가 여러 함수의 곱으로 이루어져 있고, 뚜렷한 치환도 보이지 않는다. 그래서 부분적분을 생각한다. 의 부정적분은 알고 있는데, 임을 알고 있기 때문이다. 그러므로 과 로 놓아 보자. 그러면 이고 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 , because we know . So let's try and . Then and . So, by integration by parts,
점화식.
(a) 다음 점화식을 유도하세요. (b) 의 값을 구하세요.
A reduction formula.
(a) Derive the reduction formula (b) Calculate .
(a) 피적분함수의 "부분"은 사인의 거듭제곱이다. 점화식의 우변을 보면, 정확히 같지는 않지만 의 도함수와 조금 비슷해 보인다. 그래서 , 로 놓고 부분적분하면 이고 이다.
우변의 마지막 항을 좌변으로 옮기면
양변을 으로 나누면 구하려던 점화식이 얻어진다.
(b) (a)의 점화식에 의해 이면
이다. 이는 이기 때문이다. 에 대해 이 점화식을 적용하면:
계산기를 사용하면 이 값은 약 임을 알 수 있다.
(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 , although not exactly. So, let's integrate by parts with and , so that and .
Moving the last term on the right hand side to the left hand side gives
Dividing across by gives the desired reduction formula.
(b) By the reduction formula of part (a), if ,
since . Applying this reduction formula, with :
Using a calculator, we see this is approximately .
을 구간 에서 곡선 과 사이의 영역이라 하자. (모든 에 대해 임이 알려져 있다.) 을 축을 중심으로 회전시켜 만든 입체의 부피를 구하세요.
Let be the region between the curves and on the interval . (It is true that for all .) Compute the volume of the solid formed by rotating about the -axis.
의 값을 고정하고 축을 중심으로 회전시키면, 안쪽 반지름이 이고 바깥쪽 반지름이 인 워셔(속이 빈 원판)가 만들어지므로 그 넓이는 이다. 이 함수를 에서 까지 적분하여 전체 부피 를 구한다:
첫 번째 적분에는 , 로 놓고 부분적분을 사용한다. 그러면 이고 이다:
따라서 전체 부피는
For a fixed value of , if we rotate about the -axis, we form a washer of inner radius and outer radius and hence of area . We integrate this function from to to find the total volume :
For the first integral, we use integration by parts with , , so that and :
Therefore, the total volume is
, , 라 하자. 의 값을 구하세요.
Let , and . Calculate .
의 인수에 있는 제곱근을 없애기 위해 변수변환(“치환”이라고도 한다) 를 한다.
다음으로 을 으로 바꾸기 위해 , , 로 놓고 부분적분한다.
To get rid of the square root in the argument of , we make the change of variables (also called “substitution") .
Then, to convert into , we integrate by parts with , , .
이고 라 하자.
(a) 를 구하세요. (b) 미적분의 기본정리 제1부를 이용하여 적분을 포함하지 않는 의 식을 구하세요. (c) 에서 는 증가함수인가요, 감소함수인가요? 그 이유를 설명하세요.
Let and .
(a) Determine . (b) Use the First FTC to find a formula for that does not involve an integral. (c) Is an increasing or decreasing function for ? Why?
(a) 미적분의 기본정리 제2부에 의해 이다. (b) 의 적분을 미적분의 기본정리 제1부로 계산하기 위해 부분적분을 이용한다. 로 놓으면 이다. 따라서 (c) 일 때, 의 거듭제곱은 항상 양수이므로 임을 알 수 있다. 따라서 이므로 는 모든 에서 증가한다.
(a) By the Second Fundamental Theorem of Calculus, . (b) To use the First Fundamental Theorem of Calculus to evaluate the integral in , we use integration by parts. Letting it follows that Thus, (c) For , we observe that since to any power is positive. Thus, because , it follows that is increasing for all .
로 주어진 부정적분을 생각하세요.
(a) 임에 주목하여, 치환 을 이용해 변수 에 대한, 원래 적분과 같은 새로운 적분을 구하세요. (b) (a)에서 구한 적분의 값을 적절한 방법으로 구하세요. (c) 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:
Consider the indefinite integral given by .
(a) Noting that , use the substitution to determine a new, equivalent integral in the variable . (b) Evaluate the integral you found in (a) using an appropriate technique. (c) How is the problem of evaluating 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:
(a) 먼저 다음과 같이 쓴다. 으로 놓으면 이므로 (b) 적분 는 , 로 놓고 일반적인 방법으로 부분적분하여 구할 수 있다. 이렇게 하면 처음에 로 치환했던 것을 이용하여 원래의 에 대한 적분으로 돌아가면 다음을 얻는다. (c) 적분 에는 (상수배를 제외하면) 함수와 그 도함수의 쌍이 이미 들어 있다. 으로 놓으면 이므로 이 치환을 이용하여 적분을 계산할 수 있다. 즉, (d) - 첫 번째 적분 에서는 이 합성함수의 안쪽 함수이므로 으로 놓는다. 그러면 이고, 으로 쓴다. 따라서 , 로 놓고 일반적인 방법으로 부분적분하면 를 얻는다. 를 다시 로 되돌리면 다음을 얻는다.
(a) We first write Letting , we have , and thus (b) We can evaluate the integral using integration by parts in the standard way with and . Doing so, Returning to the original integral in and using the substitution we first used with , we have shown that (c) For the integral , we actually have a function-derivative pair (up to a constant multiple) already present: letting , , and thus we can evaluate the integral using this substitution. In particular, (d) - For the first integral, , since is the inside function in the composition, we let , so , and write . Hence, Using the standard integration by parts with and , we find Re-substituting from back to , we've found that
다음 각 부정적분에 대하여, 적분값을 구할 때 -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 로 놓기로 했다면, 그렇게 놓았다는 것과 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.)
(a) (b) (힌트: ) (c) (d) (e) (f)
For each of the following indefinite integrals, determine whether you would use -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 , you should state that, as well as that .) 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) (b) (Hint: ) (c) (d) (e) (f)
(a) 으로 -치환을 사용한다. 피적분함수가 을 가장 안쪽 함수로 하는 합성함수를 포함하고, 에 피적분함수에도 있는 인수 이 들어 있기 때문이다. 이렇게 치환하면 이므로 적분은 다음과 같이 계산할 수 있다. (b) 피적분함수에 합성함수가 있으므로 으로 치환해 볼 수 있다. 이때 이다. 이 치환을 하려면 피적분함수를 다음과 같이 고쳐 써야 한다. 그리고 임에 주목한다. 그러면 이 마지막 적분에 다음과 같이 놓고 부분적분을 시도해 볼 수 있다. 그러면 (c) 로그함수는 미분하면 유리함수로 바뀌므로, 로 놓고 부분적분을 하면 나오는 적분의 값을 구하기가 더 쉬워진다. 그래서 다음과 같이 놓는다. 그러면 부분적분에 의해 (d) 으로 치환해 볼 수 있지만, 그러면 인데 피적분함수에는 인수가 없어서 이 치환을 완성할 수 없다. 부분적분을 시도하면 선택할 수 있는 것은 로 놓는 것뿐인데, 이때 이 되어 적분이 더 복잡해질 뿐이다. 이것은 우리가 가진 도구로는 값을 구할 수 없는 적분이다. (e) 으로 -치환을 시도한다. 피적분함수가 을 가장 안쪽 함수로 하는 합성함수를 포함하고, 에 피적분함수에도 있는 인수 이 들어 있기 때문이다. 이렇게 치환하면 이므로 적분은 다음과 같이 계산할 수 있다. (f) 부분적분을 사용한다. 다음에 주목한다. 미분할 수 있는 인수()와 ((e)에서 했던 것처럼) 적분할 수 있는 인수()가 있다. 그래서 다음과 같이 놓는다. 이제 부분적분 공식에 의해 이 마지막 적분은 본질적으로 에서 를 구하는 것과 같으므로, , 로 치환한다. 마지막 적분에서 변수를 바꾸면
(a) We will use a -substitution with because the integrand involves a composite function with as the innermost function and because involves the factor which is also present in the integrand. When we make this substitution we will have and the integral can be evaluated as follows: (b) We might try substituting , since there is a composite function in the integrand. In this case we have . To make this substitution we need to rewrite the integrand as and notice that . Then We can then try integration by parts on this last integral with We then have (c) Since the logarithm function changes to a rational function when we differentiate it, using integration by parts with will make the resulting integral easier to evaluate. So we let and then integration by parts yields (d) We might try a substitution with , but then and there is no factor of in the integrand to allow us to complete this substitution. If we attempt to integrate by parts, then only option is to let which makes 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 -substitution with , because the integrand involves a composite function with as the innermost function and because involves the factor which is also present in the integrand. When we make this substitution we have and the integral can be evaluated as follows: (f) We will use integration by parts. Notice that and we have a factor we can differentiate () and one we can integrate () (as we did in part (e)). So we let Integration by parts formula now gives This last integral is essentially the same as obtaining from , so we will make the substitution with . Changing variables in the last integral gives us