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:
영어 원문 보기
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:
정답·풀이 보기
(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.
- 적분 는 과 이 함수와 도함수의 쌍을 이루므로 -치환으로 계산할 수 있다. 따라서
- 마지막 적분 에서는 먼저 합성함수의 미분법에 의해 임을 알 수 있고, 이는 함수와 도함수의 쌍이 있음을 보여 준다. 치환 을 이용하면 이므로 에 대한 이 새로운 적분은 , 로 하는 -치환을 비롯하여 여러 가지 방법으로 계산할 수 있다. 이렇게 하면 원래의 에 대한 적분과 앞의 계산으로 돌아가 거꾸로 치환하면 다음을 얻는다.
원본 교재 풀이(영어)
(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
- The integral can be evaluated using a -substitution since is present to form a function-derivative pair with . It follows that
- For the final integral, , we first observe by the chain rule that , which shows that we have a function-derivative pair present. Using the substitution , it follows , and therefore The new integral in can be evaluated using several different approaches, including -substitution with , . Doing so, Returning to the original integral in and our earlier work, substituting backward we find that