다음 문제에서 각 정적분의 값을 구하세요.
다음 그래프를 이용하여 임을 증명하세요.

영어 원문 보기
In the following exercises, compute each definite integral.
Use the following graph to prove that

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.7절 · 11번문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 적분 기법
이 단원의 모든 연습문제입니다. 소단원으로 좁혀 보려면 아래 꼬리표를 누르세요.
유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
12문제 · 1 / 1쪽
다음 문제에서 각 정적분의 값을 구하세요.
다음 그래프를 이용하여 임을 증명하세요.

In the following exercises, compute each definite integral.
Use the following graph to prove that

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.7절 · 11번다음 연습문제에서 아래 정보를 이용하세요. 에서 두 함수 f 와 g 의 내적은 로 정의한다. 서로 다른 두 함수 f 와 g 가 이면 직교한다고 한다.
가 구간 에서 직교함을 보이세요.
For the following exercises, use this information: The inner product of two functions f and g over is defined by Two distinct functions f and g are said to be orthogonal if
Show that are orthogonal over the interval
치환 를 이용하여 적분 의 값을 구하세요. 다음으로 치환 를 이용하여 같은 적분의 값을 구하세요. 두 결과가 서로 같음을 보이세요.
Evaluate the integral using the substitution Next, evaluate the same integral using the substitution Show that the results are equivalent.
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 6.4절 · 2번의 값을 정확하게 구하고, 그 결과가 임을 보이세요. 그런 다음, 개의 소구간으로 나누어 사다리꼴 공식을 사용하여 이 적분의 근삿값을 구하세요. 그 결과를 이용하여 의 값을 어림하세요.
Evaluate exactly and show that the result is Then, find the approximate value of the integral using the trapezoidal rule with subdivisions. Use the result to approximate the value of
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.6절 · 9번정확한 값이 . 임을 보이세요. 16개의 소구간으로 나누어 중점법으로 이 적분을 어림할 때의 절대오차를 구하세요.
Show that the exact value of Find the absolute error if you approximate the integral using the midpoint rule with 16 subdivisions.
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.6절 · 47번곡선의 길이 공식을 이용하여 원 의 둘레가 임을 보이세요.
Use the formula for arc length to show that the circumference of the circle is
음이 아닌 함수가 다음 정의를 만족하면 확률밀도함수이다: . 확률변수 x 가 a 와 b 사이에 있을 확률은 로 주어진다.
가 확률밀도함수임을 보이세요.
A non-negative function is a probability density function if it satisfies the following definition: The probability that a random variable x lies between a and b is given by
Show that is a probability density function.
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.7절 · 59번다음 연습문제에서, 로 주어진 감마 함수를 생각하세요.
임을 보이세요.
For the following exercises, consider the gamma function given by
Show that
원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.1절 · 53번가 양의 정수라고 가정하고, 이를 확장하여 임을 보이세요.
세계에서 가장 빠른 자동차인 부가티 베이론은 최고 속력 408 km/h 에 도달할 수 있습니다. 그래프는 이 자동차의 속도를 나타냅니다.

Extend to show that assuming is a positive integer.
The fastest car in the world, the Bugati Veyron, can reach a top speed of 408 km/h. The graph represents its velocity.

원본 교재에 이 문제의 정답은 실려 있지 않습니다.
한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.5절 · 18번(a) 임을 보이세요.
(b) 의 값을 구하세요.
(a) Show that .
(b) Evaluate .
(a) 삼각함수 항등식 을 이용한다. 이로부터 다음을 얻는다.
이므로 주어진 등식이 성립한다.
(b) 삼각 치환 , 를 이용한다. 일 때 임에 주의한다. 또한 삼각함수 항등식 의 양변을 로 나누면 삼각함수 항등식 를 얻는다. 따라서
이다. 이는 (a)에 의한 결과이다.
(a) We'll use the trig identity . It implies that
as required.
(b) We'll use the trig substitution , . Note that when , we have . Also note that dividing the trig identity by gives the trig identity . So
by part (a).
를 을 만족하는 함수라고 하세요. (예를 들어 이면 되지만, 이 문제에서는 가 무엇인지 알 필요가 없습니다.)
(a) 가 구간 에 있을 때마다 임을 보이세요. (b) 구간 에서 의 최댓값을 구하세요. (c) 이라고 가정할 때, 를 오차 이내로 어림하려면 구간을 몇 개 사용해야 하는지 구하세요. (d) (b)에서 구한 의 값을 사용할 때, 를 오차 이내로 어림하려면 구간을 몇 개 사용해야 하는지 구하세요.
Let be a function (For example, will do, but you don't need to know what is for this problem.) with .
(a) Show that whenever is in the interval . (b) Find the maximum value of over the interval . (c) Assuming , how many intervals should you use to approximate to within ? (d) Using the value of you found in (b), how many intervals should you use to approximate to within ?
(a) 일 때 이고 이므로 이다. (b) 닫힌구간에서 함수의 최댓값을 구하려면, 구간의 양 끝점과 구간 안의 임계점에서 함수의 값을 조사한다. 임계점은 함수의 도함수가 0이거나 존재하지 않는 점이다.
최대화하려는 함수는 이다 (구간에 음이 아닌 수만 있기 때문이다). 따라서 임계점은 이거나 존재하지 않을 때 나타난다. 몫의 미분법을 이용하여 를 구한다.
에 있는 임계점은 뿐이다. 따라서 에서 의 극값은 양 끝점에서 나타난다. 실제로 에 속하는 모든 에 대해 이므로 는 이 구간에서 증가하고, 따라서 최댓값은 에서 나타난다. 즉, (c) 중점법을 사용할 때 절대 오차는 최대 이다. 을 사용하여 이 값이 이하가 되게 하려면, 다음 계산으로 알맞은 의 값을 구한다.
(d) 중점법을 사용할 때 절대 오차는 최대 이다. 을 사용하여 이 값이 이하가 되게 하려면, 다음 계산으로 알맞은 의 값을 구한다.
참고: 이러한 계산을 얼마나 정확하게 할지는 상황에 따라 크게 달라진다. 예를 들어 을 손으로 구하고, 이를 이용해 을 손으로 구한 다음, 근삿값을 계산하도록 컴퓨터를 프로그래밍한다고 하자. 이처럼 간단한 적분에서는 구간 65개와 46개의 계산 시간 차이가 아주 작을 것이다. 따라서 (b)에서 추가로 하는 수고로 얻는 이점은 많지 않다. 그러나 처음의 대충 구한 으로 정도가 나왔다면, 계산 시간을 줄이기 위해 을 개선하는 데 시간을 들일 만하다. 또한 근삿값을 손으로 구한다면 46개의 항을 더하는 것과 65개의 항을 더하는 것의 차이는 상당할 것이므로, 가능한 한 가장 정확한 을 구하는 수고를 미리 들이는 것이 좋을 것이다.
(a) When , then and , so . (b) To find the maximum value of a function over a closed interval, we test the function's values at the endpoints of the interval and at its critical points inside the interval. The critical points are where the function's derivative is zero or does not exist.
The function we're trying to maximize is (since our interval only contains nonnegative numbers). So, the critical points occur when or does not exist. We find Using the quotient rule.
The only critical point in is . So, the extrema of over will occur at its endpoints. Indeed, since for all in , is increasing over this interval, so its maximum occurs at . That is, (c) The absolute error using the midpoint rule is at most . Using , if we want this to be no more than , we find an acceptable value of with the following calculation:
(d) The absolute error using the midpoint rule is at most . Using , if we want this to be no more than , we find an acceptable value of with the following calculation:
Remark: how accurate you want to be in these calculations depends a lot on your circumstances. Imagine, for instance, that you were finding by hand, using this to find by hand, then programming a computer to evaluate the approximation. For a simple integral like this, the difference between computing time for 65 intervals versus 46 is likely to be miniscule. So, there's not much to be gained by the extra work in (b). However, if your original sloppy gave you something like , you might want to put some time into improving it, to shorten computation time. Moreover, if you were finding the approximation by hand, the difference between adding 46 terms and adding 65 terms would be considerable, and you would probably want to put in the effort up front to find the most accurate possible.
때로는 대응하는 정적분(보통의 정적분)의 극한을 쉽게 구할 수 없는 이상적분을 만날 수 있다. 예를 들어 를 생각해 보자. 의 부정적분을 구하기는 어렵지만(어쩌면 불가능하지만), 더 간단한 이상적분과 비교하여 이 이상적분이 수렴하는지 발산하는지는 여전히 판단할 수 있다. 모든 에 대해 이고, 따라서
임을 관찰하자.
그러므로 모든 에 대해
이다. 두 이상적분 와 를 생각하기 위해 로 보내면, 두 이상적분 중 더 큰 것이 수렴함을 알 수 있다. 그러므로 더 작은 것은 수렴하는 적분보다 아래에 있으므로, 더 작은 것도 수렴해야 한다. 특히 대응하는 정적분의 극한을 직접 구하지 않았더라도 는 수렴해야 한다. 이어지는 문제에서 이 생각과 비슷한 생각을 이용한다.
(a) 모든 에 대해 인 이유를 설명하고, 이로부터 와 비교하여 가 수렴함을 보이세요. (b) 각 에 대해 임을 관찰하세요. 각 에 대해 인 이유를 설명하세요. 가 반드시 발산하는 이유는 무엇인지 설명하세요. (c) 모든 에 대해 인 이유를 설명하세요. 그런 다음 이상적분 이 수렴하는지 발산하는지 판단하세요.
Sometimes we may encounter an improper integral for which we cannot easily evaluate the limit of the corresponding proper integrals. For instance, consider . While it is hard (or perhaps impossible) to find an antiderivative for , we can still determine whether or not the improper integral converges or diverges by comparison to a simpler one. Observe that for all , , and therefore
It therefore follows that
for every . If we let so as to consider the two improper integrals and , we know that the larger of the two improper integrals converges. And thus, since the smaller one lies below a convergent integral, it follows that the smaller one must converge, too. In particular, must converge, even though we never explicitly evaluated the corresponding limit of proper integrals. We use this idea and similar ones in the exercises that follow.
(a) Explain why for all , and hence show that converges by comparison to . (b) Observe that for each , . Explain why for each . Why must it be true that diverges? (c) Explain why for all . Then, determine whether or not the improper integral converges or diverges.
(a) 이므로 이고, 이 부등식의 양변에 을 더하면 이 모든 에 대해 성립한다. 역수를 취하면(부등호의 방향이 바뀐다) 이므로 임의의 에 대해 일 때의 극한을 취하면 이고, 가 수렴함을 알고 있으므로 도 수렴한다고 결론짓는다. (b) 각 에 대해 이므로, 모든 에 대해서도 이다. 역수를 취하면 이고, 따라서 각 에 대해 이다. 일 때의 극한을 취하면 이고, 가 발산함을 알고 있으므로 도 발산한다. (c) 모든 에 대해 이므로, 모든 에 대해 이고, 따라서 제곱근을 취하면 모든 에 대해 이다. 1부터 까지 적분한 다음 로 보내면, 다음과 같이 말할 수 있다. 피적분함수가 으로 가까워지지 않으므로 가 발산함은 명백하다. 위의 마지막 부등식에 의해 이 발산한다고 결론지을 수 있다.
(a) Since , it follows that , so adding to both sides of this inequality shows that for all . Taking reciprocals (which reverses the inequality), and thus for any , Taking the limit as , it follows that and since we know that converges, we conclude that also converges. (b) Since for each , , it also holds that for all . Taking reciprocals, and thus for each . Taking the limit as , we have and since we know that diverges, it follows that also diverges. (c) Since for all , it follows that for all , and thus taking square roots, for all . Integrating from to and then letting , we can next say that It is obvious that diverges since the integrand does not tend to . By the last inequality above, we can conclude that diverges.