유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
23문제 · 2 / 2쪽
21.CLP-2 · 1.13절 · 37번대학 수준우리말 번역
∫(x+1)2xexdx 의 값을 구하세요.
영어 원문 보기
Evaluate ∫(x+1)2xexdx.
답 쓰고 채점
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
정답·풀이 보기
처음에는 치환 u=x+1 이 괜찮아 보이지만, 쉽게 적분할 수 있는 꼴이 되지는 않는다. 적분하려는 함수가 유리함수가 아니므로 부분분수 분해는 쓸 수 없다. 삼각치환 계열의 문제로도 보이지 않는다. 그러므로 부분적분을 생각해 보자. 피적분함수를 두 부분으로 나누는 방법은 여러 가지가 있다. 예를 들어 ((x+1)2x)(ex) 으로 볼 수도 있고, (x+1x)(x+1ex) 으로 볼 수도 있다. 몇 차례 시행착오를 거쳐 u=xex, dv=(x+1)−2dx 로 정한다. 그러면 du=ex(x+1) 이고 v=x+1−1 이다.
The substitution u=x+1 looks promising at first, but doesn't result in something easily integrable. We can't use partial fractions because our integration isn't rational. This doesn't look like something from the trig-substitution family. So, let's think about integration by parts. There's a lot of different ways we could break up the integrand into two parts. For example, we could view it as ((x+1)2x)(ex), or we could view it as (x+1x)(x+1ex). After some trial and error, we settle on u=xex and dv=(x+1)−2dx. Then du=ex(x+1) and v=x+1−1.
It would be nice to use integration by parts with u=x, because then we would integrate ∫vdu, and du=dx. That is, the x would go away, and we'd be left with a pure trig integral. If we use u=x, then dv=cos2xsinx. We need to find v:
vNow we use integration by parts.∫cos2xxsinxdx=∫cos2xsinxdx=∫tanxsecxdx=secx=xsecx−∫secxdx=xsecx−log∣secx+tanx∣+C
모르는 지수 때문에 겁이 난다면, 더 쉬운 경우에는 이것이 어떤 모양인지 생각해 보자. n 이 0 이상의 정수이면 피적분함수는 다항식이다. 그리 무섭지 않다. 다만 전개하기가 조금 복잡하다. (매우 편리한 이항정리를 이용하여 전개할 수 있다.) 더 쉬운 방법을 생각해 보자.
이항식 x+a 대신 문자 x 만 n 제곱되어 있다면 더 좋을 것이다. 그러므로 치환 u=x+a, du=dx 를 이용하자. 이때 x=u−a 임에 주의한다.
If the unknown exponent gives you the jitters, think about what this looks like in easier cases. If n is a whole number, the integrand is a polynomial. Not so scary, right? However, it's a little complicated to expand. (You can do it using the very handy binomial theorem.) Let's think of an easier way.
If we had simply the variable x raised to the power n, rather than the binomial x+a, that might be nicer. So, let's use the substitution u=x+a, du=dx. Note x=u−a.
∫x(x+a)ndxNow, if n=−1 and n=−2, we can just use the power rule:If n=−1, then∫x(x+a)ndxIf n=−2, then∫x(x+a)ndxAll together,∫x(x+a)ndx=∫(u−a)undx=∫(un+1−aun)du=n+2u(n+2)−an+1un+1+C=n+2(x+a)(n+2)−an+1(x+a)n+1+C=∫(un+1−aun)du=∫(1−ua)du=u−alog∣u∣+C=(x+a)−alog∣x+a∣+C=∫(un+1−aun)du=∫(u1−au−2)du=log∣u∣+ua+C=log∣x+a∣+x+aa+C=⎩⎨⎧n+2(x+a)(n+2)−an+1(x+a)n+1+C(x+a)−alog∣a+x∣+Clog∣x+a∣+x+aa+C if n=−1,−2 if n=−1 if n=−2