문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 적분 기법

적분 기법 전체 문제

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유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

15문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-2 · 1.8절 · 1번대학 수준우리말 번역

∫0π/4sin⁡xcos⁡nx dx\displaystyle\int_0^{\pi/4} \sin x \cos^n x ~\mathrm{d}x 의 값을 치환 u=cos⁡xu=\cos x 를 이용하여 구하려고 합니다. 치환이 성립하기 위해 참이어야 하는 것은 다음 중 어느 것입니까?

(a) nn 은 짝수여야 한다 (b) nn 은 홀수여야 한다 (c) nn 은 정수여야 한다 (d) nn 은 양수여야 한다 (e) nn 은 임의의 실수일 수 있다

영어 원문 보기

Suppose you want to evaluate ∫0π/4sin⁡xcos⁡nx dx\displaystyle\int_0^{\pi/4} \sin x \cos^n x ~\mathrm{d}x using the substitution u=cos⁡xu=\cos x. Which of the following need to be true for your substitution to work?

(a) nn must be even (b) nn must be odd (c) nn must be an integer (d) nn must be positive (e) nn can be any real number

정답·풀이 보기

u=cos⁡xu=\cos x 이면 du=−sin⁡x dx\mathrm{d}u=-\sin x\,\mathrm{d}x 이다. n≠−1n \neq -1 이면

∫0π/4sin⁡xcos⁡nx dx=−∫11/2undu=[−1n+1un+1]11/2=1n+1(1−12n+1)n=−1 이면∫0π/4sin⁡xcos⁡nx dx=−∫11/2undu=−∫11/21udu=[−log⁡∣u∣]11/2=−log⁡(12)=12log⁡2\begin{aligned} \int_0^{\pi/4} \sin x \cos^n x ~\mathrm{d}x&= - \int_1^{1/\sqrt2} u^n \mathrm{d}u = \left[-\frac{1}{n+1}u^{n+1}\right]_1^{1/\sqrt2}=\frac{1}{n+1}\left(1-\frac{1}{\sqrt{2}^{n+1}}\right) \\ \text{$n=-1$ 이면} \\ \int_0^{\pi/4} \sin x \cos^n x ~\mathrm{d}x&= - \int_1^{1/\sqrt2} u^n \mathrm{d}u = - \int_1^{1/\sqrt2} \frac{1}{u} \mathrm{d}u =\bigg[ -\log|u|\bigg]_1^{1/\sqrt2} \\ & =-\log\left(\frac{1}{\sqrt2}\right) = \frac{1}{2}\log 2 \end{aligned}

따라서 (e) nn 은 임의의 실수일 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

If u=cos⁡xu=\cos x, then du=−sin⁡x dx\mathrm{d}u=-\sin x\,\mathrm{d}x. If n≠−1n \neq -1, then

∫0π/4sin⁡xcos⁡nx dx=−∫11/2undu=[−1n+1un+1]11/2=1n+1(1−12n+1)If n=−1, then∫0π/4sin⁡xcos⁡nx dx=−∫11/2undu=−∫11/21udu=[−log⁡∣u∣]11/2=−log⁡(12)=12log⁡2\begin{aligned} \int_0^{\pi/4} \sin x \cos^n x ~\mathrm{d}x&= - \int_1^{1/\sqrt2} u^n \mathrm{d}u = \left[-\frac{1}{n+1}u^{n+1}\right]_1^{1/\sqrt2}=\frac{1}{n+1}\left(1-\frac{1}{\sqrt{2}^{n+1}}\right) \\ \text{If $n=-1$, then} \\ \int_0^{\pi/4} \sin x \cos^n x ~\mathrm{d}x&= - \int_1^{1/\sqrt2} u^n \mathrm{d}u = - \int_1^{1/\sqrt2} \frac{1}{u} \mathrm{d}u =\bigg[ -\log|u|\bigg]_1^{1/\sqrt2} \\ & =-\log\left(\frac{1}{\sqrt2}\right) = \frac{1}{2}\log 2 \end{aligned}

So, (e) nn can be any real number.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.2절 · 39번
# 삼각함수의 적분계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
2.CLP-2 · 1.8절 · 2번대학 수준우리말 번역

∫sec⁡nxtan⁡xdx\displaystyle\int \sec^n x \tan x \mathrm{d}x 의 값을 구하세요. 여기서 nn 은 0보다 큰 정수입니다.

영어 원문 보기

Evaluate ∫sec⁡nxtan⁡xdx\displaystyle\int \sec^n x \tan x \mathrm{d}x, where nn is a strictly positive integer.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

치환 u=sec⁡xu=\sec x, du=sec⁡xtan⁡x dx\mathrm{d}u=\sec x \tan x ~\mathrm{d}x 를 사용한다.

∫sec⁡nxtan⁡xdx=∫sec⁡n−1x⋅sec⁡xtan⁡x dx=∫un−1dun 이 양수이므로 n−1≠−1 이고, 따라서 거듭제곱 법칙으로 부정적분한다.=unn+C=1nsec⁡nx+C\begin{aligned} \int \sec^n x \tan x \mathrm{d}x&=\int \sec^{n-1}x \cdot \sec x \tan x~\mathrm{d}x = \int u^{n-1}\mathrm{d}u \\ \text{$n$ 이 양수이므로 $n-1 \neq -1$ 이고, 따라서 거듭제곱 법칙으로 부정적분한다.} \\ &=\frac{u^n}{n}+C = \frac{1}{n}\sec^n x +C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use the substitution u=sec⁡xu=\sec x, du=sec⁡xtan⁡x dx\mathrm{d}u=\sec x \tan x ~\mathrm{d}x.

∫sec⁡nxtan⁡xdx=∫sec⁡n−1x⋅sec⁡xtan⁡x dx=∫un−1duSince n is positive, n−1≠−1, so we antidifferentiate using the power rule.=unn+C=1nsec⁡nx+C\begin{aligned} \int \sec^n x \tan x \mathrm{d}x&=\int \sec^{n-1}x \cdot \sec x \tan x~\mathrm{d}x = \int u^{n-1}\mathrm{d}u \\ \text{Since $n$ is positive, $n-1 \neq -1$, so we antidifferentiate using the power rule.} \\ &=\frac{u^n}{n}+C = \frac{1}{n}\sec^n x +C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.8절 · 3번
# 삼각함수의 적분계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
3.CLP-2 · 1.8절 · 3번대학 수준우리말 번역

기억하기 더 쉬운 항등식 sin⁡2x+cos⁡2x=1\sin^2x+\cos^2 x =1 로부터 항등식 tan⁡2x+1=sec⁡2x\tan^2 x +1 = \sec^2 x 를 유도하세요.

영어 원문 보기

Derive the identity tan⁡2x+1=sec⁡2x\tan^2 x +1 = \sec^2 x from the easier-to-remember identity sin⁡2x+cos⁡2x=1\sin^2x+\cos^2 x =1.

정답·풀이 보기

양변을 cos⁡2x\cos^2 x 로 나누고 간단히 한다.

sin⁡2x+cos⁡2x=1sin⁡2x+cos⁡2xcos⁡2x=1cos⁡2xsin⁡2xcos⁡2x+1=sec⁡2xtan⁡2x+1=sec⁡2x\begin{aligned} \sin^2x+\cos^2 x &=1 \\\frac{\sin^2x+\cos^2 x }{\cos^2 x}&=\frac{1}{\cos^2 x} \\\frac{\sin^2x}{\cos^2 x}+1&=\sec^2 x \\\tan^2 x+1&=\sec^2 x \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We divide both sides by cos⁡2x\cos^2 x, and simplify.

sin⁡2x+cos⁡2x=1sin⁡2x+cos⁡2xcos⁡2x=1cos⁡2xsin⁡2xcos⁡2x+1=sec⁡2xtan⁡2x+1=sec⁡2x\begin{aligned} \sin^2x+\cos^2 x &=1 \\\frac{\sin^2x+\cos^2 x }{\cos^2 x}&=\frac{1}{\cos^2 x} \\\frac{\sin^2x}{\cos^2 x}+1&=\sec^2 x \\\tan^2 x+1&=\sec^2 x \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.8절 · 1번
# 삼각함수의 적분계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
4.CLP-2 · 1.9절 · 1번대학 수준우리말 번역

다음 각 적분에 대해, 적분의 값을 구하는 데 가장 유리한 치환을 고르세요.

(a) ∫2x29x2−16 dx\displaystyle \int \frac{2x^2}{\sqrt{9x^2-16}} \, \mathrm{d}x (b) ∫x4−31−4x2 dx\displaystyle \int \frac{x^4-3}{\sqrt{1-4x^2}} \, \mathrm{d}x (c) ∫(25+x2)−5/2 dx\displaystyle \int {(25+x^2)}^{-5/2} \, \mathrm{d}x

영어 원문 보기

For each of the following integrals, choose the substitution that is most beneficial for evaluating the integral.

(a) ∫2x29x2−16 dx\displaystyle \int \frac{2x^2}{\sqrt{9x^2-16}} \, \mathrm{d}x (b) ∫x4−31−4x2 dx\displaystyle \int \frac{x^4-3}{\sqrt{1-4x^2}} \, \mathrm{d}x (c) ∫(25+x2)−5/2 dx\displaystyle \int {(25+x^2)}^{-5/2} \, \mathrm{d}x

정답·풀이 보기

교재에는 알맞은 치환을 고르는 방법을 정리한 표가 있지만, 이 문제에서는 치환을 고르는 논리를 설명한다.

사용할 수 있는 삼각함수 항등식은 다음과 같다.

1−sin⁡2θ=cos⁡2θtan⁡2θ+1=sec⁡2θsec⁡2θ−1=tan⁡2θ각각 다음과 같은 꼴이다:상수 − 함수함수 + 상수함수 − 상수\begin{aligned} &1-\sin^2\theta=\cos^2\theta & &\tan^2 \theta +1 = \sec^2 \theta & &\sec^2 \theta - 1 =\tan^2 \theta \\ \text{각각 다음과 같은 꼴이다:} \\ &\text{상수 } - \text{ 함수} &&\text{함수 } + \text{ 상수} & &\text{함수 } - \text{ 상수} \end{aligned}

제곱근을 없애려면, 제곱근 안의 식과 같은 꼴의 삼각함수 항등식이 나오도록 치환을 선택해야 한다.

(a) 이 문제에는 삼각함수를 쓰지 않는 뚜렷한 치환이 없으므로, 분모의 제곱근을 없애기 위해 삼각치환을 사용한다. 제곱근 안은 함수 9x2−169x^2-16 이고, 이는 (함수) −- (상수) 꼴이다. 이 꼴은 삼각함수 항등식 sec⁡2θ−1=tan⁡2θ\sec^2 \theta - 1 = \tan^2 \theta 와 맞는다. xx 는 필요한 대로 정할 수 있지만, 상수 16 은 같은 방식으로 조절할 수 없다. 그래서 치환이 성립하도록 항등식을 다른 꼴로 바꾸어 양변에 16 을 곱하면 다음과 같다.

 16sec⁡2θ−16=16tan⁡2θ우리가 원하는 것은 다음이 되게 하는 치환이다.9x2−16=16sec⁡2θ−16따라서,9x2=16sec⁡2θx=43sec⁡θ이 치환을 사용하면,9x2−16=16sec⁡2θ−16=16tan⁡2θ=4∣tan⁡θ∣\begin{aligned} ~16\sec^2\theta - 16 &= 16\tan^2\theta \\ \text{우리가 원하는 것은 다음이 되게 하는 치환이다.} \\ 9x^2-16&=16\sec^2\theta - 16\\ \text{따라서,}\qquad 9x^2&=16\sec^2\theta\\ x &= \frac{4}{3}\sec\theta \\ \text{이 치환을 사용하면,} \\ \sqrt{9x^2-16}&=\sqrt{16\sec^2\theta-16}\\ &=\sqrt{16\tan^2\theta}\\ &=4|\tan\theta| \end{aligned}

따라서 제곱근이 없어졌다.

(b) 이 문제에는 삼각함수를 쓰지 않는 뚜렷한 치환이 없으므로, 분모의 제곱근을 없애기 위해 삼각치환을 사용한다. 제곱근 안은 함수 1−4x21-4x^2 이고, 이는 (상수) −- (함수) 꼴이다. 이 꼴은 삼각함수 항등식 1−sin⁡2θ=cos⁡2θ1-\sin^2\theta = \cos^2\theta 와 맞는다. 우리가 원하는 것은 다음이 되게 하는 치환이다.

1−4x2=1−sin⁡2θ따라서,4x2=sin⁡2θx=12sin⁡θ이 치환을 사용하면,1−4x2=1−sin⁡2θ=cos⁡2θ=∣cos⁡θ∣\begin{aligned} 1-4x^2&=1-\sin^2\theta\\ \text{따라서,}\qquad 4x^2&=\sin^2\theta\\ x &= \frac{1}{2}\sin\theta \\ \text{이 치환을 사용하면,} \\ \sqrt{1-4x^2}&=\sqrt{1-\sin^2\theta}\\ &=\sqrt{\cos^2\theta}\\ &=|\cos\theta| \end{aligned}

따라서 제곱근이 없어졌다. ∣cos⁡θ∣|\cos\theta| 에서 절댓값 기호는 필요하지 않은데, −12≤x≤12-\frac{1}{2}\le x\le\frac{1}{2} 일 때 θ=arcsin⁡(2x)\theta=\arcsin(2x) 는 −π2-\frac{\pi}{2} 와 π2\frac{\pi}{2} 사이의 값이고, 그러한 θ\theta 에 대해 cos⁡(θ)≥0\cos(\theta)\ge 0 이기 때문이다.

(c) 이 문제에는 삼각함수를 쓰지 않는 뚜렷한 치환이 없으므로, 분수 거듭제곱을 없애기 위해 삼각치환을 사용한다. (즉, 제곱근을 없애려는 것이다.) 거듭제곱의 밑은 함수 25+x225+x^2 이고, 이는 (상수) ++ (함수) 꼴이다. 이 꼴은 삼각함수 항등식 tan⁡2θ+1=sec⁡2θ\tan^2 \theta + 1 = \sec^2 \theta 와 맞는다. xx 는 필요한 대로 정할 수 있지만, 상수 25 는 같은 방식으로 조절할 수 없다. 그래서 치환이 성립하도록 항등식을 다른 꼴로 바꾸어 양변에 25 를 곱하면 다음과 같다.

25tan⁡2θ+25=25sec⁡2θ우리가 원하는 것은 다음이 되게 하는 치환이다.25+x2=25tan⁡2θ+25따라서,x2=25tan⁡2θx=5tan⁡θ이 치환을 사용하면,(25+x2)−5/2=(25+25tan⁡2θ)−5/2=(25sec⁡2θ)−5/2=(5∣sec⁡θ∣)−5\begin{aligned} 25\tan^2 \theta + 25 &= 25\sec^2 \theta \\ \text{우리가 원하는 것은 다음이 되게 하는 치환이다.} \\ 25+x^2&=25\tan^2\theta+25\\ \text{따라서,}\qquad x^2&=25\tan^2\theta\\ x &= 5\tan\theta \\ \text{이 치환을 사용하면,} \\ (25+x^2)^{-5/2}&=(25+25\tan^2\theta)^{-5/2}\\ &=(25\sec^2\theta)^{-5/2}\\ &=(5|\sec\theta|)^{-5} \end{aligned}

따라서 제곱근이 없어졌다. ∣sec⁡θ∣|\sec\theta| 에서 절댓값 기호는 필요하지 않은데, −∞<x<∞-\infty< x<\infty 일 때 θ=arctan⁡(x/5)\theta=\arctan(x/5) 는 −π2-\frac{\pi}{2} 와 π2\frac{\pi}{2} 사이의 값이고, 그러한 θ\theta 에 대해 sec⁡(θ)≥0\sec(\theta)\ge 0 이기 때문이다.

원본 교재 풀이(영어)

In the text, there is a template for choosing an appropriate substitution, but for this problem we will explain the logic of the choices.

The trig identities that we can use are:

1−sin⁡2θ=cos⁡2θtan⁡2θ+1=sec⁡2θsec⁡2θ−1=tan⁡2θThey have the following forms:constant − functionfunction + constantfunction − constant\begin{aligned} &1-\sin^2\theta=\cos^2\theta & &\tan^2 \theta +1 = \sec^2 \theta & &\sec^2 \theta - 1 =\tan^2 \theta \\ \text{They have the following forms:} \\ &\text{constant } - \text{ function} &&\text{function } + \text{ constant} & &\text{function } - \text{ constant} \end{aligned}

In order to cancel out the square root, we should choose a substitution that will match the argument under the square root with the trig identity of the corresponding form.

(a) There's not an obvious non-trig substitution for evaluating this problem, so we want a trigonometric substitution to get rid of the square root in the denominator. Under the square root is the function 9x2−169x^2-16, which has the form (function) −- (constant). This form matches the trig identity sec⁡2θ−1=tan⁡2θ\sec^2 \theta - 1 = \tan^2 \theta. We can set xx to be whatever we need it to be, but we don't have the same control over the constant, 16. So, to make the substitution work, we use a different form of the trig identity: multiplying both sides by 16, we get

 16sec⁡2θ−16=16tan⁡2θWhat we want is a substitution that gives us9x2−16=16sec⁡2θ−16So,9x2=16sec⁡2θx=43sec⁡θUsing this substitution,9x2−16=16sec⁡2θ−16=16tan⁡2θ=4∣tan⁡θ∣\begin{aligned} ~16\sec^2\theta - 16 &= 16\tan^2\theta \\ \text{What we want is a substitution that gives us} \\ 9x^2-16&=16\sec^2\theta - 16\\ \text{So,}\qquad 9x^2&=16\sec^2\theta\\ x &= \frac{4}{3}\sec\theta \\ \text{Using this substitution,} \\ \sqrt{9x^2-16}&=\sqrt{16\sec^2\theta-16}\\ &=\sqrt{16\tan^2\theta}\\ &=4|\tan\theta| \end{aligned}

So, we eliminated the square root.

(b) There's not an obvious non-trig substitution for evaluating this problem, so we want a trigonometric substitution to get rid of the square root in the denominator. Under the square root is the function 1−4x21-4x^2, which has the form (constant) −- (function). This form matches the trig identity 1−sin⁡2θ=cos⁡2θ1-\sin^2\theta = \cos^2\theta. What we want is a substitution that gives us

1−4x2=1−sin⁡2θSo,4x2=sin⁡2θx=12sin⁡θUsing this substitution,1−4x2=1−sin⁡2θ=cos⁡2θ=∣cos⁡θ∣\begin{aligned} 1-4x^2&=1-\sin^2\theta\\ \text{So,}\qquad 4x^2&=\sin^2\theta\\ x &= \frac{1}{2}\sin\theta \\ \text{Using this substitution,} \\ \sqrt{1-4x^2}&=\sqrt{1-\sin^2\theta}\\ &=\sqrt{\cos^2\theta}\\ &=|\cos\theta| \end{aligned}

So, we eliminated the square root. We remark that the absolute value signs are not needed in ∣cos⁡θ∣|\cos\theta|, because, for −12≤x≤12-\frac{1}{2}\le x\le\frac{1}{2}, we have θ=arcsin⁡(2x)\theta=\arcsin(2x) between −π2-\frac{\pi}{2} and π2\frac{\pi}{2}, and cos⁡(θ)≥0\cos(\theta)\ge 0 for those θ\theta's.

(c) There's not an obvious non-trig substitution for evaluating this problem, so we want a trigonometric substitution to get rid of the fractional power. (That is, we want to eliminate the square root.) The function under the power is 25+x225+x^2, which has the form (constant) ++ (function). This form matches the trig identity tan⁡2θ+1=sec⁡2θ\tan^2 \theta + 1 = \sec^2 \theta. We can set xx to be whatever we need it to be, but we don't have the same control over the constant, 25. So, to make the substitution work, we use a different form of the trig identity: multiplying both sides by 25, we get

25tan⁡2θ+25=25sec⁡2θWhat we want is a substitution that gives us25+x2=25tan⁡2θ+25So,x2=25tan⁡2θx=5tan⁡θUsing this substitution,(25+x2)−5/2=(25+25tan⁡2θ)−5/2=(25sec⁡2θ)−5/2=(5∣sec⁡θ∣)−5\begin{aligned} 25\tan^2 \theta + 25 &= 25\sec^2 \theta \\ \text{What we want is a substitution that gives us} \\ 25+x^2&=25\tan^2\theta+25\\ \text{So,}\qquad x^2&=25\tan^2\theta\\ x &= 5\tan\theta \\ \text{Using this substitution,} \\ (25+x^2)^{-5/2}&=(25+25\tan^2\theta)^{-5/2}\\ &=(25\sec^2\theta)^{-5/2}\\ &=(5|\sec\theta|)^{-5} \end{aligned}

So, we eliminated the square root. We remark that the absolute value signs are not needed in ∣sec⁡θ∣|\sec\theta|, because, for −∞<x<∞-\infty< x<\infty, we have θ=arctan⁡(x/5)\theta=\arctan(x/5) between −π2-\frac{\pi}{2} and π2\frac{\pi}{2}, and sec⁡(θ)≥0\sec(\theta)\ge 0 for those θ\theta's.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.9절 · 16번
# 삼각치환계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
5.CLP-2 · 1.9절 · 3번대학 수준우리말 번역

이 문제의 각 부분에서 θ\theta 는 구간 [0,π/2]\left[ 0,\pi/2\right] 에 속하는 각이라고 가정하세요.

(a) sin⁡θ=120\sin\theta=\dfrac{1}{20} 이면 cos⁡θ\cos\theta 의 값은 얼마인가요? (b) tan⁡θ=7\tan\theta=7 이면 csc⁡θ\csc\theta 의 값은 얼마인가요? (c) sec⁡θ=x−12\sec\theta=\dfrac{\sqrt{x-1}}{2} 이면 tan⁡θ\tan\theta 의 값은 얼마인가요?

영어 원문 보기

In each part of this question, assume θ\theta is an angle in the interval [0,π/2]\left[ 0,\pi/2\right].

(a) If sin⁡θ=120\sin\theta=\dfrac{1}{20}, what is cos⁡θ\cos\theta ? (b) If tan⁡θ=7\tan\theta=7, what is csc⁡θ\csc\theta ? (c) If sec⁡θ=x−12\sec\theta=\dfrac{\sqrt{x-1}}{2}, what is tan⁡θ\tan\theta ?

답 쓰고 채점
(a)
(b)
(c)
정답·풀이 보기

(a) sin⁡θ=120\sin\theta=\dfrac{1}{20} 이고 θ\theta 가 0과 π/2\pi/2 사이에 있으면, 각 θ\theta 를 가지고 반대쪽 변의 길이가 1, 빗변의 길이가 20인 직각삼각형을 그릴 수 있다. 피타고라스 정리에 의해 밑변의 길이는 202−12=399\sqrt{20^2-1^2}=\sqrt{399} 이다. 따라서 cos⁡θ=adjhyp=39920\cos\theta = \dfrac{\mathrm{adj}}{\mathrm{hyp}}=\dfrac{\sqrt{399}}{20} 이다.

그림

여기서 간단히 “타당성” 검사를 해 볼 수 있다. 120\frac{1}{20} 은 0에 꽤 가까우므로 θ\theta 도 0에 꽤 가까울 것이고, 따라서 cos⁡θ\cos \theta 는 1에 꽤 가까워야 한다. 실제로 그렇다. 39920≈40020=2020=1\dfrac{\sqrt{399}}{20}\approx \dfrac{\sqrt{400}}{20}=\dfrac{20}{20}=1 이다.

다른 방법으로, 항등식을 이용하여 이 문제를 풀 수도 있다.

sin⁡2θ+cos⁡2θ=1(120)2+cos⁡2θ=1cos⁡θ=±1−1400=±39920Since 0≤θ≤π2, cos⁡θ≥0, socos⁡θ=39920\begin{aligned} \sin^2 \theta + \cos^2 \theta &=1\\ \left(\frac{1}{20}\right)^2+ \cos^2 \theta &=1\\ \cos\theta &= \pm\sqrt{1-\frac{1}{400}}=\pm\frac{\sqrt{399}}{20} \\ \text{Since $0 \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}$, $\cos\theta \geq 0$, so} \\ \cos\theta &= \frac{\sqrt{399}}{20} \end{aligned} (b) tan⁡θ=7\tan\theta=7 이고 θ\theta 가 0과 π/2\pi/2 사이에 있으면, 각 θ\theta 를 가지고 반대쪽 변의 길이가 7, 밑변의 길이가 1인 직각삼각형을 그릴 수 있다. 피타고라스 정리에 의해 빗변의 길이는 72+12=50=52\sqrt{7^2+1^2} = \sqrt{50}=5\sqrt{2} 이다. 따라서 csc⁡θ=hypopp=527\csc\theta = \dfrac{\mathrm{hyp}}{\mathrm{opp}}=\dfrac{5\sqrt{2}}{7} 이다.

그림

이번에도 간단히 타당성을 검사해 볼 수 있다. 7은 1보다 훨씬 크므로, 우리가 생각하는 삼각형은 위의 표준적인 그림의 삼각형과는 별로 닮지 않았다. 밑변이 짧고 높이가 꽤 높은 삼각형이다. 따라서 반대쪽 변과 빗변의 길이는 꽤 비슷하다. 실제로 527≈7.071\dfrac{5\sqrt{2}}{7}\approx 7.071 이므로 이 크기는 타당해 보인다. (c) sec⁡θ=x−12\sec\theta=\dfrac{\sqrt{x-1}}{2} 이고 θ\theta 가 0과 π/2\pi/2 사이에 있으면, 각 θ\theta 를 가지고 빗변의 길이가 x−1\sqrt{x-1}, 밑변의 길이가 2인 직각삼각형을 그릴 수 있다. 피타고라스 정리에 의해 반대쪽 변의 길이는 x−12−22=x−1−4=x−5\sqrt{\sqrt{x-1}^2 - 2^2} = \sqrt{x-1-4}=\sqrt{x-5} 이다. 따라서 tan⁡θ=oppadj=x−52\tan\theta = \dfrac{\mathrm{opp}}{\mathrm{adj}}=\dfrac{\sqrt{x-5}}{2} 이다.

그림

항등식을 이용하여 이 문제를 풀 수도 있다. sec⁡θ\sec\theta 가 존재하므로 θ≠π2\theta \neq \frac{\pi}{2} 임에 주의한다.

tan⁡2θ+1=sec⁡2θtan⁡2θ+1=(x−12)2=x−14tan⁡θ=±x−14−1=±x−52Since 0≤θ<π2, tan⁡θ≥0, sotan⁡θ=x−52\begin{aligned} \tan^2\theta+1&=\sec^2\theta\\ \tan^2\theta+1&=\left(\frac{\sqrt{x-1}}{2}\right)^2=\frac{x-1}{4}\\ \tan\theta &= \pm\sqrt{\frac{x-1}{4}-1} = \pm\frac{\sqrt{x-5}}{2} \\ \text{Since $0 \leq \theta < \frac{\pi}{2}$, $\tan\theta \geq 0$, so} \\ \tan\theta &= \frac{\sqrt{x-5}}{2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a) If sin⁡θ=120\sin\theta=\dfrac{1}{20} and θ\theta is between 0 and π/2\pi/2, then we can draw a right triangle with angle θ\theta that has opposite side length 1, and hypotenuse length 20. By the Pythagorean Theorem, the adjacent side has length 202−12=399\sqrt{20^2-1^2}=\sqrt{399}. So, cos⁡θ=adjhyp=39920\cos\theta = \dfrac{\mathrm{adj}}{\mathrm{hyp}}=\dfrac{\sqrt{399}}{20}.

figure

We can do a quick “reasonableness" check here: 120\frac{1}{20} is pretty close to 0, so we might expect θ\theta to be pretty close to 0, and so cos⁡θ\cos \theta should be pretty close to 1. Indeed it is: 39920≈40020=2020=1\dfrac{\sqrt{399}}{20}\approx \dfrac{\sqrt{400}}{20}=\dfrac{20}{20}=1.

Alternately, we can solve this problem using identities.

sin⁡2θ+cos⁡2θ=1(120)2+cos⁡2θ=1cos⁡θ=±1−1400=±39920Since 0≤θ≤π2, cos⁡θ≥0, socos⁡θ=39920\begin{aligned} \sin^2 \theta + \cos^2 \theta &=1\\ \left(\frac{1}{20}\right)^2+ \cos^2 \theta &=1\\ \cos\theta &= \pm\sqrt{1-\frac{1}{400}}=\pm\frac{\sqrt{399}}{20} \\ \text{Since $0 \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}$, $\cos\theta \geq 0$, so} \\ \cos\theta &= \frac{\sqrt{399}}{20} \end{aligned} (b) If tan⁡θ=7\tan\theta=7 and θ\theta is between 0 and π/2\pi/2, then we can draw a right triangle with angle θ\theta that has opposite side length 7 and adjacent side length 1. By the Pythagorean Theorem, the hypotenuse has length 72+12=50=52\sqrt{7^2+1^2} = \sqrt{50}=5\sqrt{2}. So, csc⁡θ=hypopp=527\csc\theta = \dfrac{\mathrm{hyp}}{\mathrm{opp}}=\dfrac{5\sqrt{2}}{7}.

figure

Again, we can do a quick reasonableness check. Since 7 is much larger than 1, the triangle we're thinking of doesn't look much like the triangle in our standardized picture above: it's really quite tall, with a small base. So, the opposite side and hypotenuse are pretty close in length. Indeed, 527≈7.071\dfrac{5\sqrt{2}}{7}\approx 7.071, so this dimension seems reasonable. (c) If sec⁡θ=x−12\sec\theta=\dfrac{\sqrt{x-1}}{2} and θ\theta is between 0 and π/2\pi/2, then we can draw a right triangle with angle θ\theta that has hypotenuse length x−1\sqrt{x-1} and adjacent side length 2. By the Pythagorean Theorem, the opposite side has length x−12−22=x−1−4=x−5\sqrt{\sqrt{x-1}^2 - 2^2} = \sqrt{x-1-4}=\sqrt{x-5}. So, tan⁡θ=oppadj=x−52\tan\theta = \dfrac{\mathrm{opp}}{\mathrm{adj}}=\dfrac{\sqrt{x-5}}{2}.

figure

We can also solve this using identities. Note that since sec⁡θ\sec\theta exists, θ≠π2\theta \neq \frac{\pi}{2}.

tan⁡2θ+1=sec⁡2θtan⁡2θ+1=(x−12)2=x−14tan⁡θ=±x−14−1=±x−52Since 0≤θ<π2, tan⁡θ≥0, sotan⁡θ=x−52\begin{aligned} \tan^2\theta+1&=\sec^2\theta\\ \tan^2\theta+1&=\left(\frac{\sqrt{x-1}}{2}\right)^2=\frac{x-1}{4}\\ \tan\theta &= \pm\sqrt{\frac{x-1}{4}-1} = \pm\frac{\sqrt{x-5}}{2} \\ \text{Since $0 \leq \theta < \frac{\pi}{2}$, $\tan\theta \geq 0$, so} \\ \tan\theta &= \frac{\sqrt{x-5}}{2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.3절 · 20번
# 삼각치환계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
6.CLP-2 · 1.9절 · 4번대학 수준우리말 번역

다음 식을 간단히 하세요.

(a) sin⁡(arccos⁡(x2))\sin\left(\arccos \left(\frac{x}{2}\right)\right) (b) sin⁡(arctan⁡(13))\sin\left(\arctan \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)\right) (c) sec⁡(arcsin⁡(x))\sec\left(\arcsin \left(\sqrt{x}\right)\right)

영어 원문 보기

Simplify the following expressions.

(a) sin⁡(arccos⁡(x2))\sin\left(\arccos \left(\frac{x}{2}\right)\right) (b) sin⁡(arctan⁡(13))\sin\left(\arctan \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)\right) (c) sec⁡(arcsin⁡(x))\sec\left(\arcsin \left(\sqrt{x}\right)\right)

답 쓰고 채점
(a)
(b)
(c)
정답·풀이 보기

(a) θ=arccos⁡(x2)\theta = \arccos \left(\frac{x}{2}\right) 라 하자. 즉 cos⁡(θ)=x2\cos(\theta) = \frac{x}{2} 이고 0≤θ≤π0 \leq \theta \leq \pi 이다. 그러면 각 θ\theta 를 가지고, 이웃변의 부호 있는 길이가 xx 이고(θ>π2\theta > \frac{\pi}{2} 이면 xx 는 음수임에 주의한다) 빗변의 길이가 22 인 직각삼각형을 그릴 수 있다. 피타고라스 정리에 의해 이 삼각형의 반대변의 길이는 4−x2\sqrt{4-x^2} 이다.

그림

따라서

sin⁡(arccos⁡(x2))=sin⁡θ=opphyp=4−x22\sin\left(\arccos \left(\frac{x}{2}\right)\right)=\sin \theta = \frac{\mathrm{opp}}{\mathrm{hyp}} = \frac{\sqrt{4-x^2}}{2} (b) θ=arctan⁡(13)\theta = \arctan \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right) 라 하자. 즉 tan⁡(θ)=13\tan(\theta) = \frac{1}{\sqrt{3}} 이고 −π2≤θ≤π2-\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2} 이다.

  • 풀이 1: 그러면 θ=π6\theta = \dfrac{\pi}{6} 이므로 sin⁡θ=12\sin\theta = \dfrac{1}{2} 이다.
  • 풀이 2: 그러면 각 θ\theta 를 가지고, 반대변의 길이가 11 이고 이웃변의 길이가 3\sqrt{3} 인 직각삼각형을 그릴 수 있다. 피타고라스 정리에 의해 이 삼각형의 빗변의 길이는 32+12=2\sqrt{\sqrt{3}^2+1^2}=2 이다.

그림

따라서

sin⁡(arctan⁡(13))=sin⁡θ=opphyp=12\sin\left(\arctan \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)\right)=\sin \theta = \frac{\mathrm{opp}}{\mathrm{hyp}} = \frac{1}{2} (c) θ=arcsin⁡(x)\theta = \arcsin \left(\sqrt{x}\right) 라 하자. 즉 sin⁡(θ)=x\sin(\theta) = \sqrt{x} 이고 −π2≤θ≤π2-\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2} 이다. 그러면 각 θ\theta 를 가지고, 반대변의 길이가 x\sqrt{x} 이고 빗변의 길이가 11 인 직각삼각형을 그릴 수 있다. 피타고라스 정리에 의해 이 삼각형의 이웃변의 길이는 1−x\sqrt{1-x} 이다.

그림

따라서

sec⁡(arcsin⁡(x))=sec⁡θ=hypadj=11−x\sec\left(\arcsin \left(\sqrt{x}\right)\right)=\sec \theta = \frac{\mathrm{hyp}}{\mathrm{adj}} = \frac{1}{\sqrt{1-x}}

원본 교재 풀이(영어)

(a) Let θ=arccos⁡(x2)\theta = \arccos \left(\frac{x}{2}\right). That is, cos⁡(θ)=x2\cos(\theta) = \frac{x}{2}, and 0≤θ≤π0 \leq \theta \leq \pi. Then we can draw the corresponding right triangle with angle θ\theta with adjacent side of signed length xx (we note that if θ>π2\theta > \frac{\pi}{2}, then xx is negative) and hypotenuse of length 22. By the Pythagorean Theorem, the opposite side of the triangle has length 4−x2\sqrt{4-x^2}.

figure

So,

sin⁡(arccos⁡(x2))=sin⁡θ=opphyp=4−x22\sin\left(\arccos \left(\frac{x}{2}\right)\right)=\sin \theta = \frac{\mathrm{opp}}{\mathrm{hyp}} = \frac{\sqrt{4-x^2}}{2} (b) Let θ=arctan⁡(13)\theta = \arctan \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right). That is, tan⁡(θ)=13\tan(\theta) = \frac{1}{\sqrt{3}}, and −π2≤θ≤π2-\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}.

  • Solution 1: Then θ=π6\theta = \dfrac{\pi}{6}, so sin⁡θ=12\sin\theta = \dfrac{1}{2}.
  • Solution 2: Then we can draw the corresponding right triangle with angle θ\theta with opposite side of length 11 and adjacent side of length 3\sqrt{3}. By the Pythagorean Theorem, the hypotenuse of the triangle has length 32+12=2\sqrt{\sqrt{3}^2+1^2}=2.

figure

So,

sin⁡(arctan⁡(13))=sin⁡θ=opphyp=12\sin\left(\arctan \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)\right)=\sin \theta = \frac{\mathrm{opp}}{\mathrm{hyp}} = \frac{1}{2} (c) Let θ=arcsin⁡(x)\theta = \arcsin \left(\sqrt{x}\right). That is, sin⁡(θ)=x\sin(\theta) = \sqrt{x}, and −π2≤θ≤π2-\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}. Then we can draw the corresponding right triangle with angle θ\theta with opposite side of length x\sqrt{x} and hypotenuse of length 11. By the Pythagorean Theorem, the adjacent side of the triangle has length 1−x\sqrt{1-x}.

figure

So,

sec⁡(arcsin⁡(x))=sec⁡θ=hypadj=11−x\sec\left(\arcsin \left(\sqrt{x}\right)\right)=\sec \theta = \frac{\mathrm{hyp}}{\mathrm{adj}} = \frac{1}{\sqrt{1-x}}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.3절 · 26번
# 삼각치환계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
7.CLP-2 · 1.10절 · 1번대학 수준우리말 번역

아래는 서로 다른 네 이차함수의 그래프입니다. 각 이차함수가 (1) 기약인지, (2) 서로 다른 두 일차 인수의 곱인지, (3) 중복된 일차 인수(와 경우에 따라 상수)의 곱인지 판단하세요.

그림

그림

그림

그림

영어 원문 보기

Below are the graphs of four different quadratic functions. For each quadratic function, decide whether it is: (i) irreducible, (ii) the product of two distinct linear factors, or (iii) the product of a repeated linear factor (and possibly a constant).

figure

figure

figure

figure

정답·풀이 보기

이차함수가 어떤 상수 a,b,c,d a,b,c,d 에 대해 (ax+b)(cx+d)(ax+b)(cx+d) 로 인수분해되면, 그 근은 −ba-\frac{b}{a} 와 −dc-\frac{d}{c} 이다. 따라서 이차함수가 근을 갖지 않으면 기약이다. 그래프 (d)의 함수가 이 경우이다.

이차함수가 서로 다른 두 근을 가지면, 어떤 상수 α\alpha 에 대해서도 (ax+b)≠α(cx+d)(ax+b) \neq \alpha(cx+d) 이다. 즉, 이 이차함수는 서로 다른 일차 인수들의 곱이다. (b)와 (c)에 그려진 함수는 각각 xx축과 만나는 서로 다른 점이 두 개이므로 이 경우이다.

마지막으로, 이차함수가 근을 정확히 하나만 가지면 ba=dc\frac{b}{a}=\frac{d}{c} 이므로 다음이 성립한다.

(ax+b)(cx+d)=a(x+ba)(cx+d)=a(x+dc)(cx+d)=ac(cx+d)(cx+d)\begin{aligned} (ax+b)(cx+d)&=a(x+\tfrac{b}{a})(cx+d) = a(x+\tfrac{d}{c})(cx+d) = \tfrac{a}{c}(cx+d)(cx+d) \end{aligned}

즉, 이 이차함수는 중복된 일차 인수와 상수 ac\frac{a}{c} (단순히 ac=1\frac{a}{c}=1 일 수도 있다)의 곱이다.

원본 교재 풀이(영어)

If a quadratic function can be factored as (ax+b)(cx+d)(ax+b)(cx+d) for some constants a,b,c,d a,b,c,d, then it has roots −ba-\frac{b}{a} and −dc-\frac{d}{c}. So, if a quadratic function has no roots, it is irreducible: this is the case for the function in graph (d).

If a quadratic function has two different roots, then (ax+b)≠α(cx+d)(ax+b) \neq \alpha(cx+d) for any constant α\alpha. That is, the quadratic function is the product of distinct linear factors. This is the case for the functions graphed in (b) and (c), since these each have two distinct places where they cross the xx-axis.

Finally, if a quadratic function has precisely one root, then ba=dc\frac{b}{a}=\frac{d}{c}, so:

(ax+b)(cx+d)=a(x+ba)(cx+d)=a(x+dc)(cx+d)=ac(cx+d)(cx+d)\begin{aligned} (ax+b)(cx+d)&=a(x+\tfrac{b}{a})(cx+d) = a(x+\tfrac{d}{c})(cx+d) = \tfrac{a}{c}(cx+d)(cx+d) \end{aligned}

That is, the quadratic function is the product of a repeated linear factor, and a constant ac\frac{a}{c} (which might simply be ac=1\frac{a}{c}=1).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.4절 · 50번
# 부분분수 적분그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
8.CLP-2 · 1.10절 · 6번대학 수준우리말 번역

다음 사실이 있습니다.

분모에 중복된 일차인수 (ax+b)n(ax+b)^n 이 있고 분자의 차수가 분모의 차수보다 (엄밀히) 작은 유리함수가 있다고 하자. 부분분수분해에서 다음 항들

A1ax+b+A2(ax+b)2+A3(ax+b)3+⋯+An(ax+b)n(1)\frac{A_1}{ax+b} + \frac{A_2}{(ax+b)^2}+\frac{A_3}{(ax+b)^3}+\cdots+ \frac{A_n}{(ax+b)^n}\tag{1}

을 하나의 항

B1+B2x+B3x2+⋯+Bnxn−1(ax+b)n(2)\frac{B_1+B_2x+B_3x^2+\cdots + B_{n}x^{n-1}}{(ax+b)^n}\tag{2}

으로 바꾸어도 여전히 해를 구할 수 있음이 보장된다.

부분분수분해에서 (2)의 단일 항 대신 (1)의 합을 사용하는 이유는 무엇인지 설명하세요.

영어 원문 보기

Here is a fact:

Suppose we have a rational function with a repeated linear factor (ax+b)n(ax+b)^n in the denominator, and the degree of the numerator is strictly less than the degree of the denominator. In the partial fraction decomposition, we can replace the terms

A1ax+b+A2(ax+b)2+A3(ax+b)3+⋯+An(ax+b)n(1)\frac{A_1}{ax+b} + \frac{A_2}{(ax+b)^2}+\frac{A_3}{(ax+b)^3}+\cdots+ \frac{A_n}{(ax+b)^n}\tag{1}

with the single term

B1+B2x+B3x2+⋯+Bnxn−1(ax+b)n(2)\frac{B_1+B_2x+B_3x^2+\cdots + B_{n}x^{n-1}}{(ax+b)^n}\tag{2}

and still be guaranteed to find a solution.

Why do we use the sum in (1), rather than the single term in (2), in partial fraction decomposition?

정답·풀이 보기

부분분수분해의 목표는 피적분함수를 적분하기 쉬운 꼴로 쓰는 것이다. (1)의 부정적분은 치환 u=(ax+b)u=(ax+b) 로 쉽게 구할 수 있다. 반면 (2)의 부정적분은 어떻게 구해야 할지 분명하지 않다.

원본 교재 풀이(영어)

The goal of partial fraction decomposition is to write our integrand in a form that is easy to integrate. The antiderivative of (1) can be easily determined with the substitution u=(ax+b)u=(ax+b). It's less clear how to find the antiderivative of (2).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.10절 · 15번
# 부분분수 적분계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
9.CLP-2 · 1.11절 · 1번대학 수준우리말 번역

어떤 물체의 부피를 1.5m31.5 \mathrm{m}^3 로 어림했는데, 정확한 부피는 1.387m31.387 \mathrm{m}^3 이다. 이 어림값의 상대오차, 절대오차, 백분율 오차를 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose we approximate an object to have volume 1.5m31.5 \mathrm{m}^3, when its exact volume is 1.387m31.387 \mathrm{m}^3. Give the relative error, absolute error, and percent error of our approximation.

정답·풀이 보기

절대오차는 두 값의 차이다: ∣1.387−1.5∣=0.113|1.387-1.5| = 0.113 상대오차는 절대오차를 정확한 값으로 나눈 것이다: 0.1131.387≈0.08147\frac{0.113}{1.387}\approx 0.08147 백분율 오차는 상대오차의 100배이다: ≈8.147%\approx 8.147\%

원본 교재 풀이(영어)

The absolute error is the difference between the two values: ∣1.387−1.5∣=0.113|1.387-1.5| = 0.113 The relative error is the absolute error divided by the exact value: 0.1131.387≈0.08147\frac{0.113}{1.387}\approx 0.08147 The percent error is 100 times the relative error: ≈8.147%\approx 8.147\%

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 2번
# 수치적분계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
10.CLP-2 · 1.11절 · 2번대학 수준우리말 번역

아래 그래프에 나타난 함수 f(x)f(x) 에 대하여 ∫210f(x) dx\displaystyle\int_2^{10} f(x)~\mathrm{d}x 의 근삿값을 구하는 경우를 생각하자.

그림

(a) n=4n=4 일 때 중점 법칙을 이용한 근삿값에 해당하는 직사각형을 그리세요. (b) 사다리꼴 법칙을 이용한 근삿값과 n=4n=4 에 해당하는 사다리꼴을 그리세요.

근삿값을 구할 필요는 없습니다.

영어 원문 보기

Consider approximating ∫210f(x) dx\displaystyle\int_2^{10} f(x)~\mathrm{d}x, where f(x)f(x) is the function in the graph below.

figure

(a) Draw the rectangles associated with the midpoint rule approximation and n=4n=4. (b) Draw the trapezoids associated with the trapezoidal rule approximation and n=4n=4.

You don't have to give an approximation.

정답·풀이 보기

중점 법칙:

그림

사다리꼴 법칙:

그림

원본 교재 풀이(영어)

Midpoint rule:

figure

Trapezoidal rule:

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 3번
# 수치적분그래프·표 해석기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
11.CLP-2 · 1.11절 · 3번대학 수준우리말 번역

f(x)=−112x4+76x3−3x2f(x) = -\dfrac{1}{12}x^4+\dfrac{7}{6}x^3-3x^2 이라 하자.

(a) 모든 1≤x≤61 \leq x \leq 6 에 대해 ∣f′′(x)∣≤M|f''(x)| \leq M 을 만족시키는 적당한 값 MM 을 구하세요. (b) 모든 1≤x≤61 \leq x \leq 6 에 대해 ∣f(4)(x)∣≤L|f^{(4)}(x)| \leq L 을 만족시키는 적당한 값 LL 을 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=−112x4+76x3−3x2f(x) = -\dfrac{1}{12}x^4+\dfrac{7}{6}x^3-3x^2.

(a) Find a reasonable value MM such that ∣f′′(x)∣≤M|f''(x)| \leq M for all 1≤x≤61 \leq x \leq 6. (b) Find a reasonable value LL such that ∣f(4)(x)∣≤L|f^{(4)}(x)| \leq L for all 1≤x≤61 \leq x \leq 6.

정답·풀이 보기

(a) 미분하면 f′′(x)=−x2+7x−6f''(x) = -x^2+7x-6 임을 알 수 있다. f′′(x)f''(x) 는 이차식이므로 그 그래프의 대략적인 모양을 잘 알 수 있다.

  • 이 식은 f(x)=−(x−6)(x−1)f(x) = -(x-6)(x-1) 로 인수분해되므로, 두 근은 x=6x=6 과 x=1x=1 이다.
  • 포물선의 “평평한 부분"은 x=3.5x=3.5 에 있다(x=1x=1 과 x=6x=6 의 정확히 가운데이기 때문이다. 또는 f′′′(3.5)=0f'''(3.5)=0 임을 확인해도 된다).
  • x2x^2 의 계수가 음수이므로, f(x)f(x) 는 −∞-\infty 에서 3.53.5 까지 증가하고, 3.53.5 에서 ∞\infty 까지 감소한다.

따라서 구간 [1,6][1,6] 에서 f′′(x)f''(x) 의 가장 큰 양의 값은 x=3.5x=3.5 일 때 나타나며, 그 값은 f′′(3.5)=−(3.5−6)(3.5−1)=6.25f''(3.5) = -(3.5-6)(3.5-1)=6.25 이다.

그림

그러므로 M=6.25M=6.25 로 잡는다. (b) 더 미분하면 f(4)(x)=−2f^{(4)}(x)=-2 이다. 이것은 어디서나 상수이므로 L=∣−2∣=2L=|-2|=2 로 잡는다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Differentiating, we find f′′(x)=−x2+7x−6f''(x) = -x^2+7x-6. Since f′′(x)f''(x) is quadratic, we have a pretty good idea of what it looks like.

  • It factors as f(x)=−(x−6)(x−1)f(x) = -(x-6)(x-1), so its two roots are at x=6x=6 and x=1x=1.
  • The “flat part" of the parabola is at x=3.5x=3.5 (since this is exactly half way between x=1x=1 and x=6x=6; alternately, we can check that f′′′(3.5)=0f'''(3.5)=0).
  • Since the coefficient of x2x^2 is negative, f(x)f(x) is increasing from −∞-\infty to 3.53.5, then decreasing from 3.53.5 to ∞\infty.

Therefore, over the interval [1,6][1,6], the largest positive value of f′′(x)f''(x) occurs when x=3.5x=3.5, and this is f′′(3.5)=−(3.5−6)(3.5−1)=6.25f''(3.5) = -(3.5-6)(3.5-1)=6.25.

figure

So, we take M=6.25M=6.25. (b) We differentiate further to find f(4)(x)=−2f^{(4)}(x)=-2. This is constant everywhere, so we take L=∣−2∣=2L=|-2|=2.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 7번
# 수치적분계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
12.CLP-2 · 1.11절 · 7번대학 수준우리말 번역

어머니의 나이는 100세 미만이고, 나의 나이는 200세 미만이라고 하자. (이 이야기는 어딘가로 이어진다.) 누가 더 나이가 많은지 말하세요.

영어 원문 보기

Suppose my mother is under 100 years old, and I am under 200 years old. (We're going somewhere with this.) Who is older?

정답·풀이 보기

어떤 합리적인 가정을 하더라도(내가 어머니보다 나이가 많은 상황을 만들어 내려다 들킨 사람은 최고 보안 등급의 대학원으로 보내질 것이다.) 어머니가 나보다 나이가 많다.

원본 교재 풀이(영어)

Under any reasonable assumptions (Anyone caught trying to come up with a scenario in which I am older than my mother will be sent to maximum security grad school.), my mother is older than I am.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.11절 · 9번
# 수치적분계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
13.CLP-2 · 1.11절 · 9번대학 수준우리말 번역

다음 명제가 참인지 거짓인지 판단하세요. 거짓이면 반례를 제시하세요. 참이면 간단한 근거를 제시하세요.

f(x)f(x) 가 양수이고 아래로 볼록할 때, ∫abf(x) dx\displaystyle\int_{a}^{b} f(x) \,\mathrm{d}x 에 대한 사다리꼴 공식 어림값은 항상 ∫abf(x) dx\displaystyle\int_{a}^{b} f(x) \,\mathrm{d}x 의 상한 어림값이다.

영어 원문 보기

Decide whether the following statement is true or false. If false, provide a counterexample. If true, provide a brief justification.

When f(x)f(x) is positive and concave up, any trapezoidal rule approximation for ∫abf(x) dx\displaystyle\int_{a}^{b} f(x) \,\mathrm{d}x will be an upper estimate for ∫abf(x) dx\displaystyle\int_{a}^{b} f(x) \,\mathrm{d}x.

정답·풀이 보기

참이다. f(x)f(x) 가 양수이고 아래로 볼록하므로, f(x)f(x) 의 그래프는 사다리꼴 공식에 사용된 사다리꼴들의 윗변보다 항상 아래에 있다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

True. Because f(x)f(x) is positive and concave up, the graph of f(x)f(x) is always below the top edges of the trapezoids used in the trapezoidal rule.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 5.5절 · 1번
# 수치적분개념 확인기본자동 분류
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14.CLP-2 · 1.12절 · 1번대학 수준우리말 번역

적분 ∫0b1x2−1 dx\displaystyle\int_0^b \frac{1}{x^2-1}~\mathrm{d}x 이 이상적분이 되는 bb 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

For which values of bb is the integral ∫0b1x2−1 dx\displaystyle\int_0^b \frac{1}{x^2-1}~\mathrm{d}x improper?

정답·풀이 보기

b=±∞b= \pm \infty 이면 적분 구간의 한 끝이 실수가 아니므로 이 적분은 이상적분이다.

또한 적분 구간이 무한 불연속점 x=1x=1 과 x=−1x=-1 중 어느 하나라도 포함하면 이 적분은 이상적분이다. 적분 구간의 한 끝이 0이므로, b≥1b \geq 1 이거나 b≤−1b \leq -1 이면 이상적분이다.

아래에 1x2−1\frac{1}{x^2-1} 의 그래프를 그려 두었다. 다른 쪽 적분 구간의 끝이 a=0a=0 일 때, (−1,1)(-1,1) 에 속하는 bb 의 값만 이상적분이 되지 않는 이유를 이 그래프로 더 분명히 알 수 있다.

그림

원본 교재 풀이(영어)

If b=±∞ b= \pm \infty, then our integral is improper because one limit is not a real number.

Furthermore, our integral will be improper if its domain of integration contains either of its infinite discontinuities, x=1x=1 and x=−1x=-1. Since one limit of integration is 0, the integral is improper if b≥1b \geq 1 or if b≤−1b \leq -1.

Below, we've graphed 1x2−1\frac{1}{x^2-1} to make it clearer why values of bb in (−1,1)(-1,1) are the only values that don't result in an improper integral when the other limit of integration is a=0a=0.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.12절 · 7번
# 이상적분계산기본자동 분류
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15.CLP-2 · 1.12절 · 2번대학 수준우리말 번역

적분 ∫0b1x2+1 dx\displaystyle\int_0^b \frac{1}{x^2+1}~\mathrm{d}x 이 이상적분이 되는 bb 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

For which values of bb is the integral ∫0b1x2+1 dx\displaystyle\int_0^b \frac{1}{x^2+1}~\mathrm{d}x improper?

정답·풀이 보기

피적분함수가 모든 실수 xx 에서 연속이므로, 이상적분이 될 수 있는 경우는 b=±∞b = \pm\infty 로 놓는 것뿐이다.

원본 교재 풀이(영어)

Since the integrand is continuous for all real xx, the only kind of impropriety available to us is to set b=±∞b = \pm\infty.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.12절 · 1번
# 이상적분계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)