문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 적분 기법

삼각치환

√(a²−x²) 같은 꼴을 x=a sin θ 등으로 바꾸어 적분한다

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

3문제 · 1 / 1쪽

1.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)
2.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)
3.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
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