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.

119문제 · 6 / 6쪽

101.APEX · 6.2절 · 36번우리말 번역

연습문제 35–40에서, 먼저 치환을 한 다음 부정적분의 값을 구하세요.

∫e2xcos⁡(ex) dx\displaystyle \int e^{2x}\cos\big(e^x\big)\ dx

영어 원문 보기

In Exercises 35–40, evaluate the indefinite integral after first making a substitution.

∫e2xcos⁡(ex) dx\displaystyle \int e^{2x}\cos\big(e^x\big)\ dx

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

cos⁡(ex)+exsin⁡(ex)+C\cos\big(e^x\big) + e^x\sin\big(e^x\big)+C

원본 교재 풀이(영어)

cos⁡(ex)+exsin⁡(ex)+C\cos\big(e^x\big) + e^x\sin\big(e^x\big)+C

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.1절 · 43번
# 부분적분법계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
102.APEX · 6.2절 · 37번우리말 번역

연습문제 35–40에서, 먼저 치환을 한 다음 부정적분의 값을 구하세요.

∫sin⁡(x) dx\displaystyle \int \sin(\sqrt{x})\ dx

영어 원문 보기

In Exercises 35–40, evaluate the indefinite integral after first making a substitution.

∫sin⁡(x) dx\displaystyle \int \sin(\sqrt{x})\ dx

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

2sin⁡(x)−2xcos⁡(x)+C2 \sin \left(\sqrt{x}\right)-2 \sqrt{x} \cos \left(\sqrt{x}\right)+C

원본 교재 풀이(영어)

2sin⁡(x)−2xcos⁡(x)+C2 \sin \left(\sqrt{x}\right)-2 \sqrt{x} \cos \left(\sqrt{x}\right)+C

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.1절 · 49번
# 부분적분법계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
103.APEX · 6.2절 · 38번우리말 번역

연습문제 35–40에서, 먼저 치환을 한 다음 부정적분의 값을 구하세요.

∫ln⁡(x) dx\displaystyle \int \ln(\sqrt{x})\ dx

영어 원문 보기

In Exercises 35–40, evaluate the indefinite integral after first making a substitution.

∫ln⁡(x) dx\displaystyle \int \ln(\sqrt{x})\ dx

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

12xln⁡∣x∣−x2+C\frac{1}{2} x \ln |x|-\frac{x}{2}+C

원본 교재 풀이(영어)

12xln⁡∣x∣−x2+C\frac{1}{2} x \ln |x|-\frac{x}{2}+C

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.1절 · 57번
# 부분적분법계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
104.APEX · 6.2절 · 39번우리말 번역

연습문제 35–40에서, 먼저 치환을 한 다음 부정적분의 값을 구하세요.

∫ex dx\displaystyle \int e^{\sqrt{x}}\ dx

영어 원문 보기

In Exercises 35–40, evaluate the indefinite integral after first making a substitution.

∫ex dx\displaystyle \int e^{\sqrt{x}}\ dx

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

2xex−2ex+C2\sqrt{x} e^{\sqrt{x}} -2 e^{\sqrt{x}}+C

원본 교재 풀이(영어)

2xex−2ex+C2\sqrt{x} e^{\sqrt{x}} -2 e^{\sqrt{x}}+C

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.7절 · 28번
# 부분적분법계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
105.APEX · 6.2절 · 40번우리말 번역

연습문제 35–40에서, 먼저 치환을 한 다음 부정적분의 값을 구하세요.

∫eln⁡x dx\displaystyle \int e^{\ln x}\ dx

영어 원문 보기

In Exercises 35–40, evaluate the indefinite integral after first making a substitution.

∫eln⁡x dx\displaystyle \int e^{\ln x}\ dx

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

1/2x2+C1/2x^2+C

원본 교재 풀이(영어)

1/2x2+C1/2x^2+C

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.1절 · 63번
# 부분적분법계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
106.CLP-2 · 1.7절 · 2번우리말 번역

부분적분을 이용하여 적분의 값을 구하려고 한다고 합시다. 피적분함수의 일부를 uu로, 나머지 일부를 dv\mathrm{d}v로 택합니다. uu로 택한 부분은 (미분된다, 부정적분된다). dv\mathrm{d}v로 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 uu, and part to be dv\mathrm{d}v. The part chosen as uu will be: (differentiated, antidifferentiated). The part chosen as dv\mathrm{d}v will be: (differentiated, antidifferentiated).

정답·풀이 보기

공식 ∫udv=uv−∫vdu\int u \mathrm{d}v = uv - \int v \mathrm{d}u 를 기억하자. uu를 이용하여 du\mathrm{d}u를 만드므로, 즉 uu를 미분한다. dv\mathrm{d}v를 이용하여 vv를 만드므로, 즉 dv\mathrm{d}v를 부정적분한다.

원본 교재 풀이(영어)

Remember our rule: ∫udv=uv−∫vdu\int u \mathrm{d}v = uv - \int v \mathrm{d}u. So, we take uu and use it to make du\mathrm{d}u–that is, we differentiate it. We take dv\mathrm{d}v and use it to make vv–that is, we antidifferentiate it.

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

어떤 미분가능한 함수 uu 와 vv 에 대해 부분적분을 이용하여 ∫u(x)⋅v′(x)dx\displaystyle\int u(x)\cdot v'(x) \mathrm{d}x 의 값을 구하려고 한다고 하자. v′(x)v'(x) 의 부정적분을 구해야 하는데, 택할 수 있는 것이 무수히 많다. v′(x)v'(x) 의 모든 부정적분이 서로 같은 최종 결과를 준다는 것을 보이세요.

영어 원문 보기

Suppose we want to use integration by parts to evaluate ∫u(x)⋅v′(x)dx\displaystyle\int u(x)\cdot v'(x) \mathrm{d}x for some differentiable functions uu and vv. We need to find an antiderivative of v′(x)v'(x), but there are infinitely many choices. Show that every antiderivative of v′(x)v'(x) gives an equivalent final answer.

정답·풀이 보기

모든 부정적분은 상수만큼만 차이가 나므로, 어떤 CC 에 대해 모두 v(x)+Cv(x)+C 로 쓸 수 있다. 그러면 부분적분 공식에 의해

∫u(x)⋅v′(x)dx=u(x)⏟u[v(x)+C]⏟v−∫[v(x)+C]⏟vu′(x)dx⏟du=u(x)v(x)+Cu(x)−∫v(x)u′(x)dx−∫Cu′(x)dx=u(x)v(x)+Cu(x)−∫v(x)u′(x)dx−Cu(x)+D=u(x)v(x)−∫v(x)u′(x)dx+D\begin{aligned} \int u(x)\cdot v'(x) \mathrm{d}x&=\underbrace{u(x)}_u\underbrace{\big[ v(x)+C\big]}_v - \int \underbrace{\big[ v(x)+C\big]}_v \underbrace{u'(x)\mathrm{d}x}_{\mathrm{d}u}\\ &=u(x)v(x)+Cu(x) - \int v(x)u'(x)\mathrm{d}x - \int Cu'(x)\mathrm{d}x \\&=u(x)v(x)+Cu(x) - \int v(x)u'(x)\mathrm{d}x - Cu(x)+D \\&=u(x)v(x) - \int v(x)u'(x)\mathrm{d}x +D \end{aligned}

이다. 여기서 DD 는 임의의 상수이다.

CC 가 포함된 항이 서로 상쇄되므로 CC 를 무엇으로 택하든 상관없다. 어떻게 택해도 결과는 같다.

원본 교재 풀이(영어)

All the antiderivatives differ only by a constant, so we can write them all as v(x)+Cv(x)+C for some CC. Then, using the formula for integration by parts,

∫u(x)⋅v′(x)dx=u(x)⏟u[v(x)+C]⏟v−∫[v(x)+C]⏟vu′(x)dx⏟du=u(x)v(x)+Cu(x)−∫v(x)u′(x)dx−∫Cu′(x)dx=u(x)v(x)+Cu(x)−∫v(x)u′(x)dx−Cu(x)+D=u(x)v(x)−∫v(x)u′(x)dx+D\begin{aligned} \int u(x)\cdot v'(x) \mathrm{d}x&=\underbrace{u(x)}_u\underbrace{\big[ v(x)+C\big]}_v - \int \underbrace{\big[ v(x)+C\big]}_v \underbrace{u'(x)\mathrm{d}x}_{\mathrm{d}u}\\ &=u(x)v(x)+Cu(x) - \int v(x)u'(x)\mathrm{d}x - \int Cu'(x)\mathrm{d}x \\&=u(x)v(x)+Cu(x) - \int v(x)u'(x)\mathrm{d}x - Cu(x)+D \\&=u(x)v(x) - \int v(x)u'(x)\mathrm{d}x +D \end{aligned}

where DD is any constant.

Since the terms with CC cancel out, it didn't matter what we chose for CC–all choices end up the same.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.1절 · 7번
# 부분적분법증명·논술기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
108.CLP-2 · 1.7절 · 10번우리말 번역

∫x3exdx\displaystyle\int x^3 e^x \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫x3exdx\displaystyle\int x^3 e^x \mathrm{d}x.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

이 피적분함수는 두 함수의 곱이며, 뚜렷한 치환이 보이지 않는다. 그래서 한쪽을 exe^x, 다른 쪽을 x3x^3 으로 하여 부분적분을 시도해 보자.

방법 1:u=exdu=ex dx dv=x3 dxv=14x4방법 2:u=x3du=3x2 dx dv=ex dxv=ex\begin{array}{c | l | l |} &&\\ \text{방법 1:\quad}& u=e^x &\mathrm{d}u=e^x ~\mathrm{d}x\\[10pt] ~& \mathrm{d}v=x^3~\mathrm{d}x&v=\frac{1}{4}x^4\\[10pt] &&\\ \text{방법 2:\quad}& u=x^3&\mathrm{d}u=3x^2~\mathrm{d}x\\[10pt] ~& \mathrm{d}v=e^x~ \mathrm{d}x&v=e^x\\[10pt] \end{array}

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=xu=x 로 놓아 du=dx\mathrm{d}u=\mathrm{d}x 가 되었으므로, 피적분함수의 "xx"가 사실상 사라졌다. 여기서는 u=x3u=x^3 으로 놓으면 du=3x2dx\mathrm{d}u=3x^2\mathrm{d}x 가 되어 차수가 낮아진다는 것을 알 수 있다. 매번 uu 를 xx 의 거듭제곱으로 정하여 부분적분을 반복하면, x3x^3 의 3계 도함수는 상수이므로 몇 번 반복한 뒤에는 xx 의 거듭제곱이 사라질 것이다.

그러므로 방법 2인 u=x3u=x^3, dv=exdx\mathrm{d}v=e^x\mathrm{d}x, du=3x2dx\mathrm{d}u=3x^2\mathrm{d}x, v=exv = e^x 으로 시작한다.

∫x3exdx=x3⏟uex⏟v−∫ex⏟v⋅3x2dx⏟du=x3ex−3∫ex⋅x2dx이제 u=x2, dv=exdx 로 놓으면 du=2xdx, v=ex 이다. 부분적분은 실제 적분 부분에만 적용하며, 나머지 함수는 그대로 둔다.=x3ex−3[x2ex⏟uv−∫ex⏟v⋅2xdx⏟du]=x3ex−3x2ex+6∫xexdx계속해서 u=x, dv=exdx 로 놓으면 du=dx, v=ex 이다. 이 단계에서 피적분함수의 다항식 부분이 드디어 사라진다.=x3ex−3x2ex+6[xex⏟uv−∫ex⏟vdx⏟du]=x3ex−3x2ex+6xex−6ex+C=ex(x3−3x2+6x−6)+C\begin{aligned} \int x^3 e^x \mathrm{d}x&= \underbrace{x^3}_{u}\underbrace{e^x}_{v} - \int \underbrace{e^x}_v \cdot\underbrace{ 3x^2 \mathrm{d}x}_{\mathrm{d}u}\\ &= {x^3}{e^x} -3 \int {e^x} \cdot x^2 \mathrm{d}x \\ \text{이제 $u=x^2$, $\mathrm{d}v=e^x\mathrm{d}x$ 로 놓으면 $\mathrm{d}u=2x\mathrm{d}x$, $v=e^x$ 이다. 부분적분은 실제 적분 부분에만 적용하며, 나머지 함수는 그대로 둔다.} \\ &=x^3e^x -3 \left[\underbrace{x^2e^x}_{uv} - \int \underbrace{e^x}_{v} \cdot \underbrace{2x\mathrm{d}x}_{\mathrm{d}u}\right] \\ &=x^3e^x - 3x^2e^x + 6\int x e^x\mathrm{d}x \\ \text{계속해서 $u=x$, $\mathrm{d}v=e^x\mathrm{d}x$ 로 놓으면 $\mathrm{d}u=\mathrm{d}x$, $v=e^x$ 이다. 이 단계에서 피적분함수의 다항식 부분이 드디어 사라진다.} \\ &=x^3e^x - 3x^2e^x + 6\left[\underbrace{xe^x}_{uv} - \int \underbrace{ e^x}_v \underbrace{\mathrm{d}x}_{\mathrm{d}u}\right]\\ &=x^3e^x-3x^2e^x+6xe^x - 6e^x+C \\ &=e^x\left(x^3-3x^2+6x - 6\right)+C \end{aligned}

이 결과가 타당한지 확인해 보자. ex(x3−3x2+6x−6)+Ce^x\left(x^3-3x^2+6x - 6\right)+C 의 도함수는 x3exx^3e^x 이어야 한다. 곱의 미분법을 이용하여 미분한다.

ddx{ex(x3−3x2+6x−6)+C}=ex(x3−3x2+6x−6)+ex(3x2−6x+6)=ex(x3−3x2+3x2+6x−6x−6+6)=x3ex\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{e^x\left(x^3-3x^2+6x - 6\right)+C\right\} &=e^x\left(x^3-3x^2+6x - 6\right)+e^x\left(3x^2-6x+6\right)\\ &=e^x\left(x^3-3x^2+3x^2+6x-6x-6+6\right)=x^3e^x \end{aligned}

참고: 엄밀하게 부정적분을 구하려면 처음 부분적분을 할 때 곧바로 +C+C 를 더해야 한다. 그러나 부분적분을 사용할 때에는 보통 마지막에 적분을 계산하게 되고, 그 시점에 +C+C 를 더한다. +C+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 exe^x and one part x3x^3.

Option 1:u=exdu=ex dx dv=x3 dxv=14x4Option 2:u=x3du=3x2 dx dv=ex dxv=ex\begin{array}{c | l | l |} &&\\ \text{Option 1:\quad}& u=e^x &\mathrm{d}u=e^x ~\mathrm{d}x\\[10pt] ~& \mathrm{d}v=x^3~\mathrm{d}x&v=\frac{1}{4}x^4\\[10pt] &&\\ \text{Option 2:\quad}& u=x^3&\mathrm{d}u=3x^2~\mathrm{d}x\\[10pt] ~& \mathrm{d}v=e^x~ \mathrm{d}x&v=e^x\\[10pt] \end{array}

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=xu=x, and then du=dx\mathrm{d}u=\mathrm{d}x, so the “xx" in the integrand effectively went away. Here, we see that choosing u=x3u=x^3 will lead to du=3x2dx\mathrm{d}u=3x^2\mathrm{d}x, which has a lower power. If we repeatedly perform integration by parts, choosing uu to be the power of xx each time, then after a few iterations it should go away, because the third derivative of x3x^3 is a constant.

So, we start with Option 2: u=x3u=x^3, dv=exdx\mathrm{d}v=e^x\mathrm{d}x, du=3x2dx\mathrm{d}u=3x^2\mathrm{d}x, and v=exv = e^x.

∫x3exdx=x3⏟uex⏟v−∫ex⏟v⋅3x2dx⏟du=x3ex−3∫ex⋅x2dxNow, 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.=x3ex−3[x2ex⏟uv−∫ex⏟v⋅2xdx⏟du]=x3ex−3x2ex+6∫xexdxContinuing, 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.=x3ex−3x2ex+6[xex⏟uv−∫ex⏟vdx⏟du]=x3ex−3x2ex+6xex−6ex+C=ex(x3−3x2+6x−6)+C\begin{aligned} \int x^3 e^x \mathrm{d}x&= \underbrace{x^3}_{u}\underbrace{e^x}_{v} - \int \underbrace{e^x}_v \cdot\underbrace{ 3x^2 \mathrm{d}x}_{\mathrm{d}u}\\ &= {x^3}{e^x} -3 \int {e^x} \cdot x^2 \mathrm{d}x \\ \text{Now, we take $u=x^2$ and $\mathrm{d}v=e^x\mathrm{d}x$, so $\mathrm{d}u=2x\mathrm{d}x$ and $v=e^x$. We're only using integration by parts on the actual integral--the rest of the function stays the way it is.} \\ &=x^3e^x -3 \left[\underbrace{x^2e^x}_{uv} - \int \underbrace{e^x}_{v} \cdot \underbrace{2x\mathrm{d}x}_{\mathrm{d}u}\right] \\ &=x^3e^x - 3x^2e^x + 6\int x e^x\mathrm{d}x \\ \text{Continuing, we take $u=x$ and $\mathrm{d}v=e^x\mathrm{d}x$, so $\mathrm{d}u=\mathrm{d}x$ and $v=e^x$. This is the step where the polynomial part of the integrand finally disappears.} \\ &=x^3e^x - 3x^2e^x + 6\left[\underbrace{xe^x}_{uv} - \int \underbrace{ e^x}_v \underbrace{\mathrm{d}x}_{\mathrm{d}u}\right]\\ &=x^3e^x-3x^2e^x+6xe^x - 6e^x+C \\ &=e^x\left(x^3-3x^2+6x - 6\right)+C \end{aligned}

Let's check that this makes sense: the derivative of ex(x3−3x2+6x−6)+Ce^x\left(x^3-3x^2+6x - 6\right)+C should be x3exx^3e^x. We differentiate using the product rule.

ddx{ex(x3−3x2+6x−6)+C}=ex(x3−3x2+6x−6)+ex(3x2−6x+6)=ex(x3−3x2+3x2+6x−6x−6+6)=x3ex\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{e^x\left(x^3-3x^2+6x - 6\right)+C\right\} &=e^x\left(x^3-3x^2+6x - 6\right)+e^x\left(3x^2-6x+6\right)\\ &=e^x\left(x^3-3x^2+3x^2+6x-6x-6+6\right)=x^3e^x \end{aligned}

Remark: In order to be technically correct in our antidifferentiation, we should add the +C+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+C at that point. Since the +C+C comes up eventually, it is common practice to not clutter our calculations with it until the end.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 6.2절 · 4번
# 부분적분법계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
109.CLP-2 · 1.7절 · 12번우리말 번역

∫x2sin⁡x dx\displaystyle\int x^2\sin x~\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫x2sin⁡x dx\displaystyle\int x^2\sin x~\mathrm{d}x .

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

피적분함수는 두 함수의 곱이고 뚜렷한 치환도 보이지 않으므로, 부분적분으로 무엇을 할 수 있는지 살펴보자.

방법 1:u=x2du=2x dx dv=sin⁡x dxv=−cos⁡x방법 2:u=sin⁡xdu=cos⁡x dx dv=x2 dxv=13x3\begin{array}{c | l | l |} &&\\ \text{방법 1:\quad}& u=x^2 &\mathrm{d}u=2x ~\mathrm{d}x\\[10pt] ~& \mathrm{d}v=\sin x~\mathrm{d}x&v=-\cos x\\[10pt] &&\\ \text{방법 2:\quad}& u=\sin x&\mathrm{d}u=\cos x~\mathrm{d}x\\[10pt] ~& \mathrm{d}v=x^2~ \mathrm{d}x&v=\frac{1}{3}x^3\\[10pt] \end{array}

어느 방법도 곧바로 적분할 수 있는 식을 주지는 않지만, 방법 1은 x2x^2 항을 xx 의 더 낮은 거듭제곱으로 바꾼다. 부분적분을 반복해서 적용하면 이 거듭제곱을 0까지 낮출 수 있다. 그러므로 u=x2u=x^2, dv=sin⁡xdx\mathrm{d}v=\sin x\mathrm{d}x 로 놓고 시작하면 du=2xdx\mathrm{d}u=2x\mathrm{d}x, v=−cos⁡xv=-\cos x 이다.

∫x2sin⁡x dx=−x2cos⁡x⏟uv+∫2xcos⁡xdx⏟−vdu=−x2cos⁡x+2∫xcos⁡xdx부분적분을 다시 쓸 때에는 x 를 (부정적분하지 않고) 미분하고 싶으므로 u=x, dv=cos⁡xdx 로 놓으면 du=dx (x 가 사라졌다!), v=sin⁡x 이다.=−x2cos⁡x+2[xsin⁡x⏟uv−∫sin⁡xdx⏟vdu]=−x2cos⁡x+2xsin⁡x+2cos⁡x+C=(2−x2)cos⁡x+2xsin⁡x+C\begin{aligned} \int x^2\sin x~\mathrm{d}x &=\underbrace{ -x^2\cos x}_{uv} +\underbrace{ \int 2x\cos x \mathrm{d}x}_{-v\mathrm{d}u}\\ &=-x^2\cos x + 2 \int x \cos x \mathrm{d}x \\ \text{부분적분을 다시 쓸 때에는 $x$ 를 (부정적분하지 않고) 미분하고 싶으므로 $u=x$, $\mathrm{d}v=\cos x \mathrm{d}x$ 로 놓으면 $\mathrm{d}u=\mathrm{d}x$ ($x$ 가 사라졌다!), $v=\sin x$ 이다.} \\ &=-x^2\cos x + 2\left[\underbrace{x\sin x}_{uv}-\int \underbrace{\sin x \mathrm{d}x}_{v\mathrm{d}u} \right] \\&=-x^2\cos x + 2x\sin x+2\cos x +C\\ &=(2-x^2)\cos x + 2x\sin x +C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The integrand is the product of two functions, without an obvious substitution, so let's see what integration by parts can do for us.

Option 1:u=x2du=2x dx dv=sin⁡x dxv=−cos⁡xOption 2:u=sin⁡xdu=cos⁡x dx dv=x2 dxv=13x3\begin{array}{c | l | l |} &&\\ \text{Option 1:\quad}& u=x^2 &\mathrm{d}u=2x ~\mathrm{d}x\\[10pt] ~& \mathrm{d}v=\sin x~\mathrm{d}x&v=-\cos x\\[10pt] &&\\ \text{Option 2:\quad}& u=\sin x&\mathrm{d}u=\cos x~\mathrm{d}x\\[10pt] ~& \mathrm{d}v=x^2~ \mathrm{d}x&v=\frac{1}{3}x^3\\[10pt] \end{array}

Neither option gives us something immediately integrable, but Option 1 replaces our x2x^2 term with a lower power of xx. If we repeatedly apply integration by parts, we can reduce this power to zero. So, we start by choosing u=x2u=x^2 and dv=sin⁡xdx\mathrm{d}v=\sin x\mathrm{d}x, so du=2xdx\mathrm{d}u=2x\mathrm{d}x and v=−cos⁡xv=-\cos x.

∫x2sin⁡x dx=−x2cos⁡x⏟uv+∫2xcos⁡xdx⏟−vdu=−x2cos⁡x+2∫xcos⁡xdxUsing integration by parts again, we want to be differentiating (not antidifferentiating) x, so we choose u=x, dv=cos⁡xdx, and then du=dx (x went away!), v=sin⁡x.=−x2cos⁡x+2[xsin⁡x⏟uv−∫sin⁡xdx⏟vdu]=−x2cos⁡x+2xsin⁡x+2cos⁡x+C=(2−x2)cos⁡x+2xsin⁡x+C\begin{aligned} \int x^2\sin x~\mathrm{d}x &=\underbrace{ -x^2\cos x}_{uv} +\underbrace{ \int 2x\cos x \mathrm{d}x}_{-v\mathrm{d}u}\\ &=-x^2\cos x + 2 \int x \cos x \mathrm{d}x \\ \text{Using integration by parts again, we want to be differentiating (not antidifferentiating) $x$, so we choose $u=x$, $\mathrm{d}v=\cos x \mathrm{d}x$, and then $\mathrm{d}u=\mathrm{d}x$ ($x$ went away!), $v=\sin x$.} \\ &=-x^2\cos x + 2\left[\underbrace{x\sin x}_{uv}-\int \underbrace{\sin x \mathrm{d}x}_{v\mathrm{d}u} \right] \\&=-x^2\cos x + 2x\sin x+2\cos x +C\\ &=(2-x^2)\cos x + 2x\sin x +C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.7절 · 10번
# 부분적분법계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
110.CLP-2 · 1.7절 · 16번우리말 번역

∫2xex2+1dx\displaystyle\int 2xe^{x^2+1}\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫2xex2+1dx\displaystyle\int 2xe^{x^2+1}\mathrm{d}x.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

망치를 든 사람에게는 모든 것이 못으로 보인다는 점을 다시 한번 상기시켜 준다. 이 문제의 적분은 치환을 이용해 푸는 대표적인 예이다. “안쪽 함수” x2+1x^2+1 이 있고, 그 도함수가 피적분함수의 나머지 부분에 곱해져 나타난다. u=x2+1u=x^2+1 로 놓으면 du=2xdx\mathrm{d}u=2x\mathrm{d}x 이므로 ∫2xex2+1dx=∫eudu=eu+C=ex2+1+C\int 2xe^{x^2+1}\mathrm{d}x = \int e^u\mathrm{d}u=e^u+C = e^{x^2+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+1x^2+1, whose derivative shows up multiplied to the rest of the integrand. We take u=x2+1u=x^2+1, then du=2xdx\mathrm{d}u=2x\mathrm{d}x, so ∫2xex2+1dx=∫eudu=eu+C=ex2+1+C\int 2xe^{x^2+1}\mathrm{d}x = \int e^u\mathrm{d}u=e^u+C = e^{x^2+1}+C

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.7절 · 27번
# 부분적분법계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
111.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)
112.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)
113.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)
114.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)
115.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)
116.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}.

답 쓰고 채점
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)
117.Active Calculus · 5.4절 · 13번우리말 번역

f(t)=te−2tf(t) = te^{-2t} 이고 F(x)=∫0xf(t) dtF(x) = \int_0^x f(t) \, dt 라 하자.

(a) F′(x)F'(x) 를 구하세요. (b) 미적분의 기본정리 제1부를 이용하여 적분을 포함하지 않는 FF 의 식을 구하세요. (c) x>0x > 0 에서 FF 는 증가함수인가요, 감소함수인가요? 그 이유를 설명하세요.

영어 원문 보기

Let f(t)=te−2tf(t) = te^{-2t} and F(x)=∫0xf(t) dtF(x) = \int_0^x f(t) \, dt.

(a) Determine F′(x)F'(x). (b) Use the First FTC to find a formula for FF that does not involve an integral. (c) Is FF an increasing or decreasing function for x>0x > 0? Why?

정답·풀이 보기

(a) 미적분의 기본정리 제2부에 의해 F′(x)=f(x)=xe−2xF'(x) = f(x) = xe^{-2x} 이다. (b) F(x)=∫0xte−2t dtF(x) = \int_0^x te^{-2t} \, dt 의 적분을 미적분의 기본정리 제1부로 계산하기 위해 부분적분을 이용한다. u=t, du=dtdv=e−2t dt, v=−12e−2t ,\begin{aligned}u &= t, \ du = dt \\ dv &= e^{-2t} \, dt, \ v = -\frac{1}{2}e^{-2t}\end{aligned}\,, 로 놓으면 ∫te−2t dt=−12te−2t−∫(−12e−2t) dt=−12te−2t−14e−2t \int te^{-2t} \, dt = -\frac{1}{2}te^{-2t} - \int \left( -\frac{1}{2}e^{-2t} \right) \, dt = -\frac{1}{2}te^{-2t} - \frac{1}{4}e^{-2t}\, 이다. 따라서 F(x)=∫0xte−2t dt=−12te−2t−14e−2t∣0x=−12xe−2x−14e−2x−(0−14e0)=−12xe−2x−14e−2x+14\begin{aligned}F(x) &= \int_0^x te^{-2t} \, dt \\ &= \left. -\frac{1}{2}te^{-2t} - \frac{1}{4}e^{-2t} \right|_{0}^{x} \\ &= -\frac{1}{2}xe^{-2x} - \frac{1}{4}e^{-2x} - \left( 0 - \frac{1}{4}e^{0} \right) \\ &= -\frac{1}{2}xe^{-2x} - \frac{1}{4}e^{-2x} + \frac{1}{4}\end{aligned} (c) x>0x > 0 일 때, ee 의 거듭제곱은 항상 양수이므로 F′(x)=f(x)=xe−2x>0F'(x) = f(x) = xe^{-2x} > 0 임을 알 수 있다. 따라서 F′(x)>0F'(x) > 0 이므로 FF 는 모든 x>0x > 0 에서 증가한다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) By the Second Fundamental Theorem of Calculus, F′(x)=f(x)=xe−2xF'(x) = f(x) = xe^{-2x}. (b) To use the First Fundamental Theorem of Calculus to evaluate the integral in F(x)=∫0xte−2t dtF(x) = \int_0^x te^{-2t} \, dt, we use integration by parts. Letting u=t, du=dtdv=e−2t dt, v=−12e−2t ,\begin{aligned}u &= t, \ du = dt \\ dv &= e^{-2t} \, dt, \ v = -\frac{1}{2}e^{-2t}\end{aligned}\,, it follows that ∫te−2t dt=−12te−2t−∫(−12e−2t) dt=−12te−2t−14e−2t .\int te^{-2t} \, dt = -\frac{1}{2}te^{-2t} - \int \left( -\frac{1}{2}e^{-2t} \right) \, dt = -\frac{1}{2}te^{-2t} - \frac{1}{4}e^{-2t}\,. Thus, F(x)=∫0xte−2t dt=−12te−2t−14e−2t∣0x=−12xe−2x−14e−2x−(0−14e0)=−12xe−2x−14e−2x+14\begin{aligned}F(x) &= \int_0^x te^{-2t} \, dt \\ &= \left. -\frac{1}{2}te^{-2t} - \frac{1}{4}e^{-2t} \right|_{0}^{x} \\ &= -\frac{1}{2}xe^{-2x} - \frac{1}{4}e^{-2x} - \left( 0 - \frac{1}{4}e^{0} \right) \\ &= -\frac{1}{2}xe^{-2x} - \frac{1}{4}e^{-2x} + \frac{1}{4}\end{aligned} (c) For x>0x > 0, we observe that F′(x)=f(x)=xe−2x>0F'(x) = f(x) = xe^{-2x} > 0 since ee to any power is positive. Thus, because F′(x)>0F'(x) > 0, it follows that FF is increasing for all x>0x > 0.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.7절 · 28번
# 부분적분법계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
118.Active Calculus · 5.4절 · 14번우리말 번역

∫e2xcos⁡(ex) dx\int e^{2x} \cos(e^x) \, dx 로 주어진 부정적분을 생각하세요.

(a) e2x=ex⋅exe^{2x} = e^x \cdot e^x 임에 주목하여, 치환 z=exz = e^{x} 을 이용해 변수 zz 에 대한, 원래 적분과 같은 새로운 적분을 구하세요. (b) (a)에서 구한 적분의 값을 적절한 방법으로 구하세요. (c) ∫e2xcos⁡(e2x) dx\int e^{2x} \cos(e^{2x}) \, 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\int e^{2x} \sin(e^x) \, dx
  • ∫e3xsin⁡(e3x) dx\int e^{3x} \sin(e^{3x}) \, dx
  • ∫xex2cos⁡(ex2)sin⁡(ex2) dx\int xe^{x^2} \cos(e^{x^2}) \sin(e^{x^2}) \, dx
영어 원문 보기

Consider the indefinite integral given by ∫e2xcos⁡(ex) dx\int e^{2x} \cos(e^x) \, dx.

(a) Noting that e2x=ex⋅exe^{2x} = e^x \cdot e^x, use the substitution z=exz = e^{x} to determine a new, equivalent integral in the variable zz. (b) Evaluate the integral you found in (a) using an appropriate technique. (c) How is the problem of evaluating ∫e2xcos⁡(e2x) dx\int e^{2x} \cos(e^{2x}) \, 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\int e^{2x} \sin(e^x) \, dx
  • ∫e3xsin⁡(e3x) dx\int e^{3x} \sin(e^{3x}) \, dx
  • ∫xex2cos⁡(ex2)sin⁡(ex2) dx\int xe^{x^2} \cos(e^{x^2}) \sin(e^{x^2}) \, dx
정답·풀이 보기

(a) 먼저 다음과 같이 쓴다. ∫e2xcos⁡(ex) dx=∫ex⋅excos⁡(ex) dx .\int e^{2x} \cos(e^x) \, dx = \int e^x \cdot e^x \cos(e^x) \, dx\,. z=exz = e^x 으로 놓으면 dz=ex dxdz = e^x \, dx 이므로 ∫e2xcos⁡(ex) dx=∫zcos⁡(z) dz .\int e^{2x} \cos(e^x) \, dx = \int z \cos(z) \, dz\,. (b) 적분 ∫zcos⁡(z) dz\int z \cos(z) \, dz 는 u=zu = z, dv=cos⁡(z) dzdv = \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 .\int z \cos(z) \, dz = z \sin(z) - \int \sin(z) \, dz = z \sin(z) + \cos(z) + C\,. 처음에 zz 로 치환했던 것을 이용하여 원래의 xx 에 대한 적분으로 돌아가면 다음을 얻는다. ∫e2xcos⁡(ex) dx=exsin⁡(ex)+cos⁡(ex)+C .\int e^{2x} \cos(e^x) \, dx = e^x \sin(e^x) + \cos(e^x) + C\,. (c) 적분 ∫e2xcos⁡(e2x) dx\int e^{2x} \cos(e^{2x}) \, dx 에는 (상수배를 제외하면) 함수와 그 도함수의 쌍이 이미 들어 있다. u=e2xu = e^{2x} 으로 놓으면 du=2e2x dxdu = 2e^{2x} \, dx 이므로 이 치환을 이용하여 적분을 계산할 수 있다. 즉, ∫e2xcos⁡(e2x) dx=∫cos⁡(u)⋅12 du=12sin⁡(u)+C=12sin⁡(e2x)+C\begin{aligned}\int e^{2x} \cos(e^{2x}) \, dx &= \int \cos(u) \cdot \frac{1}{2} \, du \\ &= \frac{1}{2} \sin(u) + C \\ &= \frac{1}{2} \sin(e^{2x}) + C\end{aligned} (d) - 첫 번째 적분 ∫e2xsin⁡(ex) dx\int e^{2x} \sin(e^x) \, dx 에서는 exe^x 이 합성함수의 안쪽 함수이므로 z=exz = e^x 으로 놓는다. 그러면 dz=ex dxdz = e^x \, dx 이고, e2x=ex⋅exe^{2x} = e^x \cdot e^x 으로 쓴다. 따라서 ∫e2xsin⁡(ex) dx=∫ex⋅exsin⁡(ex) dx=∫zsin⁡(z) dz .\int e^{2x} \sin(e^x) \, dx = \int e^x \cdot e^x \sin(e^x) \, dx = \int z \sin(z) \, dz\,. u=zu = z, dv=sin⁡(z) dzdv = \sin(z) \, dz 로 놓고 일반적인 방법으로 부분적분하면 ∫zsin⁡(z) dz=sin⁡(z)−zcos⁡(z)+C\int z \sin(z) \, dz = \sin(z) - z\cos(z) + C 를 얻는다. zz 를 다시 xx 로 되돌리면 다음을 얻는다. ∫e2xsin⁡(ex) dx=sin⁡(ex)−zcos⁡(ex)+C .\int e^{2x} \sin(e^x) \, dx = \sin(e^x) - z\cos(e^x) + C\,.

  • 적분 ∫e3xsin⁡(e3x) dx\int e^{3x} \sin(e^{3x}) \, dx 는 u=e3xu = e^{3x} 과 du=3e3xdu = 3e^{3x} 이 함수와 도함수의 쌍을 이루므로 uu-치환으로 계산할 수 있다. 따라서 ∫e3xsin⁡(e3x) dx=∫sin⁡(u)⋅13 du=−13cos⁡(u)+C=−13cos⁡(e3x)+C .\int e^{3x} \sin(e^{3x}) \, dx = \int \sin(u) \cdot \frac{1}{3} \, du = -\frac{1}{3} \cos(u) + C = -\frac{1}{3} \cos(e^{3x}) + C\,.
  • 마지막 적분 ∫xex2cos⁡(ex2)sin⁡(ex2) dx\int xe^{x^2} \cos(e^{x^2}) \sin(e^{x^2}) \, dx 에서는 먼저 합성함수의 미분법에 의해 ddx[ex2]=2xex2\frac{d}{dx}\left[e^{x^2}\right] = 2xe^{x^2} 임을 알 수 있고, 이는 함수와 도함수의 쌍이 있음을 보여 준다. 치환 z=ex2z = e^{x^2} 을 이용하면 dz=2xex2 dxdz = 2xe^{x^2} \, dx 이므로 ∫xex2cos⁡(ex2)sin⁡(ex2) dx=∫cos⁡(z)sin⁡(z)⋅12 dz .\int xe^{x^2} \cos(e^{x^2}) \sin(e^{x^2}) \, dx = \int \cos(z) \sin(z) \cdot \frac{1}{2} \, dz\,. zz 에 대한 이 새로운 적분은 u=sin⁡(z)u = \sin(z), du=cos⁡(z) dzdu = \cos(z) \, dz 로 하는 uu-치환을 비롯하여 여러 가지 방법으로 계산할 수 있다. 이렇게 하면 ∫cos⁡(z)sin⁡(z)⋅12 dz=12∫u du=12⋅12u2+C=14sin⁡2(z)+C .\int \cos(z) \sin(z) \cdot \frac{1}{2} \, dz = \frac{1}{2} \int u \, du = \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} u^2 + C = \frac{1}{4} \sin^2(z) + C\,. 원래의 xx 에 대한 적분과 앞의 계산으로 돌아가 거꾸로 치환하면 다음을 얻는다. ∫xex2cos⁡(ex2)sin⁡(ex2) dx=14sin⁡2(ex2)+C .\int xe^{x^2} \cos(e^{x^2}) \sin(e^{x^2}) \, dx = \frac{1}{4} \sin^2(e^{x^2}) + C\,.
원본 교재 풀이(영어)

(a) We first write ∫e2xcos⁡(ex) dx=∫ex⋅excos⁡(ex) dx .\int e^{2x} \cos(e^x) \, dx = \int e^x \cdot e^x \cos(e^x) \, dx\,. Letting z=exz = e^x, we have dz=ex dxdz = e^x \, dx, and thus ∫e2xcos⁡(ex) dx=∫zcos⁡(z) dz .\int e^{2x} \cos(e^x) \, dx = \int z \cos(z) \, dz\,. (b) We can evaluate the integral ∫zcos⁡(z) dz\int z \cos(z) \, dz using integration by parts in the standard way with u=zu = z and dv=cos⁡(z) dzdv = \cos(z) \, dz. Doing so, ∫zcos⁡(z) dz=zsin⁡(z)−∫sin⁡(z) dz=zsin⁡(z)+cos⁡(z)+C .\int z \cos(z) \, dz = z \sin(z) - \int \sin(z) \, dz = z \sin(z) + \cos(z) + C\,. Returning to the original integral in xx and using the substitution we first used with zz, we have shown that ∫e2xcos⁡(ex) dx=exsin⁡(ex)+cos⁡(ex)+C .\int e^{2x} \cos(e^x) \, dx = e^x \sin(e^x) + \cos(e^x) + C\,. (c) For the integral ∫e2xcos⁡(e2x) dx\int e^{2x} \cos(e^{2x}) \, dx, we actually have a function-derivative pair (up to a constant multiple) already present: letting u=e2xu = e^{2x}, du=2e2x dxdu = 2e^{2x} \, dx, and thus we can evaluate the integral using this substitution. In particular, ∫e2xcos⁡(e2x) dx=∫cos⁡(u)⋅12 du=12sin⁡(u)+C=12sin⁡(e2x)+C\begin{aligned}\int e^{2x} \cos(e^{2x}) \, dx &= \int \cos(u) \cdot \frac{1}{2} \, du \\ &= \frac{1}{2} \sin(u) + C \\ &= \frac{1}{2} \sin(e^{2x}) + C\end{aligned} (d) - For the first integral, ∫e2xsin⁡(ex) dx\int e^{2x} \sin(e^x) \, dx, since exe^x is the inside function in the composition, we let z=exz = e^x, so dz=ex dxdz = e^x \, dx, and write e2x=ex⋅exe^{2x} = e^x \cdot e^x. Hence, ∫e2xsin⁡(ex) dx=∫ex⋅exsin⁡(ex) dx=∫zsin⁡(z) dz .\int e^{2x} \sin(e^x) \, dx = \int e^x \cdot e^x \sin(e^x) \, dx = \int z \sin(z) \, dz\,. Using the standard integration by parts with u=zu = z and dv=sin⁡(z) dzdv = \sin(z) \, dz, we find ∫zsin⁡(z) dz=sin⁡(z)−zcos⁡(z)+C .\int z \sin(z) \, dz = \sin(z) - z\cos(z) + C\,. Re-substituting from zz back to xx, we've found that ∫e2xsin⁡(ex) dx=sin⁡(ex)−zcos⁡(ex)+C .\int e^{2x} \sin(e^x) \, dx = \sin(e^x) - z\cos(e^x) + C\,.

  • The integral ∫e3xsin⁡(e3x) dx\int e^{3x} \sin(e^{3x}) \, dx can be evaluated using a uu-substitution since u=e3xu = e^{3x} is present to form a function-derivative pair with du=3e3xdu = 3e^{3x}. It follows that ∫e3xsin⁡(e3x) dx=∫sin⁡(u)⋅13 du=−13cos⁡(u)+C=−13cos⁡(e3x)+C .\int e^{3x} \sin(e^{3x}) \, dx = \int \sin(u) \cdot \frac{1}{3} \, du = -\frac{1}{3} \cos(u) + C = -\frac{1}{3} \cos(e^{3x}) + C\,.
  • For the final integral, ∫xex2cos⁡(ex2)sin⁡(ex2) dx\int xe^{x^2} \cos(e^{x^2}) \sin(e^{x^2}) \, dx, we first observe by the chain rule that ddx[ex2]=2xex2\frac{d}{dx}\left[e^{x^2}\right] = 2xe^{x^2}, which shows that we have a function-derivative pair present. Using the substitution z=ex2z = e^{x^2}, it follows dz=2xex2 dxdz = 2xe^{x^2} \, dx, and therefore ∫xex2cos⁡(ex2)sin⁡(ex2) dx=∫cos⁡(z)sin⁡(z)⋅12 dz .\int xe^{x^2} \cos(e^{x^2}) \sin(e^{x^2}) \, dx = \int \cos(z) \sin(z) \cdot \frac{1}{2} \, dz\,. The new integral in zz can be evaluated using several different approaches, including uu-substitution with u=sin⁡(z)u = \sin(z), du=cos⁡(z) dzdu = \cos(z) \, dz. Doing so, ∫cos⁡(z)sin⁡(z)⋅12 dz=12∫u du=12⋅12u2+C=14sin⁡2(z)+C .\int \cos(z) \sin(z) \cdot \frac{1}{2} \, dz = \frac{1}{2} \int u \, du = \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{2} u^2 + C = \frac{1}{4} \sin^2(z) + C\,. Returning to the original integral in xx and our earlier work, substituting backward we find that ∫xex2cos⁡(ex2)sin⁡(ex2) dx=14sin⁡2(ex2)+C .\int xe^{x^2} \cos(e^{x^2}) \sin(e^{x^2}) \, dx = \frac{1}{4} \sin^2(e^{x^2}) + C\,.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.7절 · 16번
# 부분적분법계산자동 분류
Active Calculus CC BY-SA우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
119.Active Calculus · 5.4절 · 15번우리말 번역

다음 각 부정적분에 대하여, 적분값을 구할 때 uu-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=e3xu = e^{3x} 로 놓기로 했다면, 그렇게 놓았다는 것과 du=3e3x dxdu = 3e^{3x} \, dx 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) ∫x2cos⁡(x3) dx\displaystyle \int x^2 \cos(x^3) \, dx (b) ∫x5cos⁡(x3) dx\displaystyle \int x^5 \cos(x^3) \, dx (힌트: x5=x2⋅x3x^5 = x^2 \cdot x^3) (c) ∫xln⁡(x2) dx\displaystyle \int x\ln(x^2) \, dx (d) ∫sin⁡(x4) dx\displaystyle \int \sin(x^4) \, dx (e) ∫x3sin⁡(x4) dx\displaystyle \int x^3 \sin(x^4) \, dx (f) ∫x7sin⁡(x4) dx\displaystyle \int x^7 \sin(x^4) \, dx

영어 원문 보기

For each of the following indefinite integrals, determine whether you would use uu-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=e3xu = e^{3x}, you should state that, as well as that du=3e3x dxdu = 3e^{3x} \, dx.) 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) ∫x2cos⁡(x3) dx\displaystyle \int x^2 \cos(x^3) \, dx (b) ∫x5cos⁡(x3) dx\displaystyle \int x^5 \cos(x^3) \, dx (Hint: x5=x2⋅x3x^5 = x^2 \cdot x^3) (c) ∫xln⁡(x2) dx\displaystyle \int x\ln(x^2) \, dx (d) ∫sin⁡(x4) dx\displaystyle \int \sin(x^4) \, dx (e) ∫x3sin⁡(x4) dx\displaystyle \int x^3 \sin(x^4) \, dx (f) ∫x7sin⁡(x4) dx\displaystyle \int x^7 \sin(x^4) \, dx

정답·풀이 보기

(a) u=x3u = x^3 으로 uu-치환을 사용한다. 피적분함수가 x3x^3 을 가장 안쪽 함수로 하는 합성함수를 포함하고, du=3x2 dxdu = 3x^2 \, dx 에 피적분함수에도 있는 인수 x2x^2 이 들어 있기 때문이다. 이렇게 치환하면 x2 dx=13 dux^2 \ dx = \frac{1}{3} \ du 이므로 적분은 다음과 같이 계산할 수 있다. ∫x2cos⁡(x3) dx=13∫cos⁡(u) du=13sin⁡(u)+C=13sin⁡(x3)+C .\begin{aligned}\int x^2 \cos(x^3) \ dx &= \frac{1}{3} \int \cos(u) \ du \\ &= \frac{1}{3} \sin(u) + C \\ &= \frac{1}{3} \sin(x^3) + C\end{aligned}\,. (b) 피적분함수에 합성함수가 있으므로 z=x3/z = x^3/ 으로 치환해 볼 수 있다. 이때 dz=3x2 dxdz = 3x^2 \, dx 이다. 이 치환을 하려면 피적분함수를 다음과 같이 고쳐 써야 한다. x5cos⁡(x3)=x3[x2cos⁡(x3)]x^5 \cos(x^3) = x^3 \left[x^2 \cos(x^3) \right] 그리고 x3=zx^3 = z 임에 주목한다. 그러면 ∫x5cos⁡(x3) dx=13∫zcos⁡(z) dz .\int x^5 \cos(x^3) \ dx = \frac{1}{3} \int z \cos(z) \ dz\,. 이 마지막 적분에 다음과 같이 놓고 부분적분을 시도해 볼 수 있다. u=z, du=dzdv=cos⁡(z) dz, v=sin⁡(z)\begin{aligned}u &= z, \ du = dz \\ dv & = \cos(z) \, dz, \ v = \sin(z)\end{aligned} 그러면 ∫x5cos⁡(x3) dx=13∫zcos⁡(z) dz=13(zsin⁡(z)−∫sin⁡(z) dz)=13(zsin⁡(z)+cos⁡(z))+C=13(x3sin⁡(x3)+cos⁡(x3))+C .\begin{aligned}\int x^5 \cos(x^3) \ dx &= \frac{1}{3} \int z \cos(z) \ dz \\ &= \frac{1}{3} \left(z\sin(z) - \int \sin(z) \ dz \right) \\ &= \frac{1}{3} \left(z\sin(z) + \cos(z) \right) + C \\ &= \frac{1}{3} \left(x^3\sin(x^3) + \cos(x^3) \right) + C\end{aligned}\,. (c) 로그함수는 미분하면 유리함수로 바뀌므로, u=ln⁡(x2)=2ln⁡(x)u = \ln(x^2) = 2\ln(x) 로 놓고 부분적분을 하면 나오는 적분의 값을 구하기가 더 쉬워진다. 그래서 다음과 같이 놓는다. u=ln⁡(x2), du=2x dxdv=x dx, v=x22\begin{aligned}u &= \ln(x^2), \ du = \frac{2}{x} \ dx \\ dv & = x \ dx , \ v = \frac{x^2}{2}\end{aligned} 그러면 부분적분에 의해 ∫xln(x2) dx=x22ln⁡(x2)−∫(2x)(x22) dx=x22ln⁡(x2)−∫x dx=x22ln⁡(x2)−x22+C .\begin{aligned}\int x ln(x^2) \ dx &= \frac{x^2}{2} \ln(x^2) - \int \left(\frac{2}{x}\right) \left(\frac{x^2}{2}\right) \ dx \\ &= \frac{x^2}{2} \ln(x^2) - \int x \ dx \\ &= \frac{x^2}{2} \ln(x^2) - \frac{x^2}{2} + C\end{aligned}\,. (d) u=x4u = x^4 으로 치환해 볼 수 있지만, 그러면 du=4x3 dxdu = 4x^3 \ dx 인데 피적분함수에는 x3x^3 인수가 없어서 이 치환을 완성할 수 없다. 부분적분을 시도하면 선택할 수 있는 것은 u=sin(x4)u = sin(x^4) 로 놓는 것뿐인데, 이때 du=4x3cos⁡(x4)du = 4x^3 \cos(x^4) 이 되어 적분이 더 복잡해질 뿐이다. 이것은 우리가 가진 도구로는 값을 구할 수 없는 적분이다. (e) u=x4u = x^4 으로 uu-치환을 시도한다. 피적분함수가 x4x^4 을 가장 안쪽 함수로 하는 합성함수를 포함하고, du=4x3 dxdu = 4x^3 \, dx 에 피적분함수에도 있는 인수 x3x^3 이 들어 있기 때문이다. 이렇게 치환하면 x3 dx=14 dux^3 \ dx = \frac{1}{4} \ du 이므로 적분은 다음과 같이 계산할 수 있다. ∫x3sin⁡(x4) dx=14∫sin⁡(u) du=−14cos⁡(u)+C=−14cos⁡(x4)+C .\begin{aligned}\int x^3 \sin(x^4) \ dx &= \frac{1}{4} \int \sin(u) \ du \\ &= -\frac{1}{4} \cos(u) + C \\ &= -\frac{1}{4} \cos(x^4) + C\end{aligned}\,. (f) 부분적분을 사용한다. 다음에 주목한다. ∫x7sin⁡(x4) dx=∫x4[x3sin⁡(x4)] dx\int x^7 \sin(x^4) \ dx = \int x^4 \left[x^3 \sin(x^4)\right] \ dx 미분할 수 있는 인수(x3x^3)와 ((e)에서 했던 것처럼) 적분할 수 있는 인수(x3sin⁡(x4)x^3 \sin(x^4))가 있다. 그래서 다음과 같이 놓는다. u=x3, du=3x2 dxdv=x3sin⁡(x4) dx, v=−14cos⁡(x4)\begin{aligned}u &= x^3, \ du = 3x^2 \ dx \\ dv & = x^3 \sin(x^4) \ dx , \ v = -\frac{1}{4} \cos(x^4)\end{aligned} 이제 부분적분 공식에 의해 ∫x7sin⁡(x4) dx=−14x4cos⁡(x4)+∫x3cos⁡(x4) dx .\int x^7 \sin(x^4) \ dx = -\frac{1}{4} x^4 \cos(x^4) + \int x^3 \cos(x^4) \ dx\,. 이 마지막 적분은 본질적으로 dvdv 에서 vv 를 구하는 것과 같으므로, z=x4z = x^4, dz=4x3 dxdz = 4x^3 \ dx 로 치환한다. 마지막 적분에서 변수를 바꾸면 ∫x7sin⁡(x4) dx=−14x4cos⁡(x4)+∫x3cos⁡(x4) dx=−14x4cos⁡(x4)+14∫cos⁡(z) dz=−14x4cos⁡(x4)+14sin⁡(z)+C=−14x4cos⁡(x4)+14sin⁡(x4)+C .\begin{aligned}\int x^7 \sin(x^4) \ dx &= -\frac{1}{4} x^4 \cos(x^4) + \int x^3 \cos(x^4) \ dx \\ &= -\frac{1}{4} x^4 \cos(x^4) + \frac{1}{4} \int \cos(z) \ dz \\ &= -\frac{1}{4} x^4 \cos(x^4) + \frac{1}{4} \sin(z) + C \\ &= -\frac{1}{4} x^4 \cos(x^4) + \frac{1}{4} \sin(x^4) + C\end{aligned}\,.

원본 교재 풀이(영어)

(a) We will use a uu-substitution with u=x3u = x^3 because the integrand involves a composite function with x3x^3 as the innermost function and because du=3x2 dxdu = 3x^2 \, dx involves the factor x2x^2 which is also present in the integrand. When we make this substitution we will have x2 dx=13 dux^2 \ dx = \frac{1}{3} \ du and the integral can be evaluated as follows: ∫x2cos⁡(x3) dx=13∫cos⁡(u) du=13sin⁡(u)+C=13sin⁡(x3)+C .\begin{aligned}\int x^2 \cos(x^3) \ dx &= \frac{1}{3} \int \cos(u) \ du \\ &= \frac{1}{3} \sin(u) + C \\ &= \frac{1}{3} \sin(x^3) + C\end{aligned}\,. (b) We might try substituting z=x3/z = x^3/, since there is a composite function in the integrand. In this case we have dz=3x2 dxdz = 3x^2 \, dx. To make this substitution we need to rewrite the integrand as x5cos⁡(x3)=x3[x2cos⁡(x3)]x^5 \cos(x^3) = x^3 \left[x^2 \cos(x^3) \right] and notice that x3=zx^3 = z. Then ∫x5cos⁡(x3) dx=13∫zcos⁡(z) dz .\int x^5 \cos(x^3) \ dx = \frac{1}{3} \int z \cos(z) \ dz\,. We can then try integration by parts on this last integral with u=z, du=dzdv=cos⁡(z) dz, v=sin⁡(z)\begin{aligned}u &= z, \ du = dz \\ dv & = \cos(z) \, dz, \ v = \sin(z)\end{aligned} We then have ∫x5cos⁡(x3) dx=13∫zcos⁡(z) dz=13(zsin⁡(z)−∫sin⁡(z) dz)=13(zsin⁡(z)+cos⁡(z))+C=13(x3sin⁡(x3)+cos⁡(x3))+C .\begin{aligned}\int x^5 \cos(x^3) \ dx &= \frac{1}{3} \int z \cos(z) \ dz \\ &= \frac{1}{3} \left(z\sin(z) - \int \sin(z) \ dz \right) \\ &= \frac{1}{3} \left(z\sin(z) + \cos(z) \right) + C \\ &= \frac{1}{3} \left(x^3\sin(x^3) + \cos(x^3) \right) + C\end{aligned}\,. (c) Since the logarithm function changes to a rational function when we differentiate it, using integration by parts with u=ln⁡(x2)=2ln⁡(x)u = \ln(x^2) = 2\ln(x) will make the resulting integral easier to evaluate. So we let u=ln⁡(x2), du=2x dxdv=x dx, v=x22\begin{aligned}u &= \ln(x^2), \ du = \frac{2}{x} \ dx \\ dv & = x \ dx , \ v = \frac{x^2}{2}\end{aligned} and then integration by parts yields ∫xln(x2) dx=x22ln⁡(x2)−∫(2x)(x22) dx=x22ln⁡(x2)−∫x dx=x22ln⁡(x2)−x22+C .\begin{aligned}\int x ln(x^2) \ dx &= \frac{x^2}{2} \ln(x^2) - \int \left(\frac{2}{x}\right) \left(\frac{x^2}{2}\right) \ dx \\ &= \frac{x^2}{2} \ln(x^2) - \int x \ dx \\ &= \frac{x^2}{2} \ln(x^2) - \frac{x^2}{2} + C\end{aligned}\,. (d) We might try a substitution with u=x4u = x^4, but then du=4x3 dxdu = 4x^3 \ dx and there is no factor of x3x^3 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)u = sin(x^4) which makes du=4x3cos⁡(x4)du = 4x^3 \cos(x^4) 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 uu-substitution with u=x4u = x^4, because the integrand involves a composite function with x4x^4 as the innermost function and because du=4x3 dxdu = 4x^3 \, dx involves the factor x3x^3 which is also present in the integrand. When we make this substitution we have x3 dx=14 dux^3 \ dx = \frac{1}{4} \ du and the integral can be evaluated as follows: ∫x3sin⁡(x4) dx=14∫sin⁡(u) du=−14cos⁡(u)+C=−14cos⁡(x4)+C .\begin{aligned}\int x^3 \sin(x^4) \ dx &= \frac{1}{4} \int \sin(u) \ du \\ &= -\frac{1}{4} \cos(u) + C \\ &= -\frac{1}{4} \cos(x^4) + C\end{aligned}\,. (f) We will use integration by parts. Notice that ∫x7sin⁡(x4) dx=∫x4[x3sin⁡(x4)] dx\int x^7 \sin(x^4) \ dx = \int x^4 \left[x^3 \sin(x^4)\right] \ dx and we have a factor we can differentiate (x3x^3) and one we can integrate (x3sin⁡(x4)x^3 \sin(x^4)) (as we did in part (e)). So we let u=x3, du=3x2 dxdv=x3sin⁡(x4) dx, v=−14cos⁡(x4)\begin{aligned}u &= x^3, \ du = 3x^2 \ dx \\ dv & = x^3 \sin(x^4) \ dx , \ v = -\frac{1}{4} \cos(x^4)\end{aligned} Integration by parts formula now gives ∫x7sin⁡(x4) dx=−14x4cos⁡(x4)+∫x3cos⁡(x4) dx .\int x^7 \sin(x^4) \ dx = -\frac{1}{4} x^4 \cos(x^4) + \int x^3 \cos(x^4) \ dx\,. This last integral is essentially the same as obtaining vv from dvdv, so we will make the substitution z=x4z = x^4 with dz=4x3 dxdz = 4x^3 \ dx. Changing variables in the last integral gives us ∫x7sin⁡(x4) dx=−14x4cos⁡(x4)+∫x3cos⁡(x4) dx=−14x4cos⁡(x4)+14∫cos⁡(z) dz=−14x4cos⁡(x4)+14sin⁡(z)+C=−14x4cos⁡(x4)+14sin⁡(x4)+C .\begin{aligned}\int x^7 \sin(x^4) \ dx &= -\frac{1}{4} x^4 \cos(x^4) + \int x^3 \cos(x^4) \ dx \\ &= -\frac{1}{4} x^4 \cos(x^4) + \frac{1}{4} \int \cos(z) \ dz \\ &= -\frac{1}{4} x^4 \cos(x^4) + \frac{1}{4} \sin(z) + C \\ &= -\frac{1}{4} x^4 \cos(x^4) + \frac{1}{4} \sin(x^4) + C\end{aligned}\,.

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