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 · 23번대학 수준우리말 번역

∫(1+x2)3/2xdx\displaystyle\int\dfrac{(1+x^2)^{3/2}}{x}\mathrm{d}x 의 값을 구하세요. ∫csc⁡θ dθ=log⁡∣cot⁡θ−csc⁡θ∣+C\displaystyle\int \csc \theta~\mathrm{d}\theta=\log|\cot \theta - \csc \theta|+C 임을 이용해도 됩니다.

영어 원문 보기

Evaluate ∫(1+x2)3/2xdx\displaystyle\int\dfrac{(1+x^2)^{3/2}}{x}\mathrm{d}x. You may use the fact that ∫csc⁡θ dθ=log⁡∣cot⁡θ−csc⁡θ∣+C\displaystyle\int \csc \theta~\mathrm{d}\theta=\log|\cot \theta - \csc \theta|+C.

정답·풀이 보기

치환 x=tan⁡ux=\tan u, dx=sec⁡2u du\mathrm{d}x=\sec^2 u~\mathrm{d}u 를 이용한다.

∫1+x23xdx=∫1+tan⁡2u3tan⁡usec⁡2u du=∫sec⁡3utan⁡usec⁡2u du=∫(sec⁡2u)2tan⁡usec⁡u du=∫(tan⁡2u+1)2tan⁡usec⁡u du=∫tan⁡4u+2tan⁡2u+1tan⁡usec⁡u du=∫tan⁡3usec⁡u du+∫2sec⁡utan⁡u du+∫sec⁡utan⁡u du첫 번째 적분에서는 치환 w=sec⁡u 를 이용한다. 두 번째는 2sec⁡u 의 부정적분이다. 세 번째는 sec⁡utan⁡u=1cos⁡u⋅cos⁡usin⁡u=csc⁡u 로 간단히 한다.=∫((sec⁡2u−1)sec⁡utan⁡u) du+2sec⁡u+log⁡∣cot⁡u−csc⁡u∣+C=∫(w2−1) dw+2sec⁡u+log⁡∣cot⁡u−csc⁡u∣+C=13w3−w+2sec⁡u+log⁡∣cot⁡u−csc⁡u∣+C=13sec⁡3u−sec⁡u+2sec⁡u+log⁡∣cot⁡u−csc⁡u∣+C![그림](clp/tikz/f1bcb1bbbc.png)=13sec⁡3u+sec⁡u+log⁡∣cot⁡u−csc⁡u∣+C처음에 치환 x=tan⁡u 를 사용했다. 그러면 cot⁡u=1x 이다. csc⁡u 와 sec⁡u 를 구하기 위해, 각 u 가 있고 높이가 x, 밑변이 1 인 직각삼각형을 그린다. 피타고라스 정리로 빗변의 길이를 구할 수 있다.=131+x23+1+x2+log⁡∣1x−1+x2x∣+C=131+x2(4+x2)+log⁡∣1−1+x2x∣+C\begin{aligned} \int\dfrac{\sqrt{1+x^2}^3}{x}\mathrm{d}x&=\int\frac{\sqrt{1+\tan^2 u}^3}{\tan u}\sec^2 u~\mathrm{d}u \\&=\int\frac{\sec^3u}{\tan u}\sec^2 u~\mathrm{d}u \\&=\int\frac{(\sec^2u)^2}{\tan u}\sec u~\mathrm{d}u \\&=\int\frac{(\tan^2u+1)^2}{\tan u}\sec u~\mathrm{d}u \\&=\int\frac{\tan^4u+2\tan^2 u + 1}{\tan u}\sec u~\mathrm{d}u \\&=\int \tan^3 u \sec u ~\mathrm{d}u + \int 2\sec u \tan u~\mathrm{d}u + \int \frac{\sec u}{\tan u}~\mathrm{d}u \\ \text{첫 번째 적분에서는 치환 $w=\sec u$ 를 이용한다. 두 번째는 $2\sec u$ 의 부정적분이다. 세 번째는 $\frac{\sec u}{\tan u} = \frac{1}{\cos u}\cdot \frac{\cos u}{\sin u} = \csc u$~로 간단히 한다.} \\ &=\int\bigg((\sec^2 u -1)\sec u \tan u\bigg)~\mathrm{d}u + 2\sec u + \log|\cot u - \csc u |+C\\ &=\int (w^2-1)~\mathrm{d}w+2\sec u + \log|\cot u - \csc u|+C\\ &=\frac{1}{3}w^3-w+2\sec u + \log|\cot u - \csc u|+C\\ &=\frac{1}{3}\sec^3u-\sec u+2\sec u + \log|\cot u - \csc u|+C \\ \smash{ ![그림](clp/tikz/f1bcb1bbbc.png) } \qquad &=\frac{1}{3}\sec^3u+\sec u + \log|\cot u - \csc u|+C \\ \text{처음에 치환 $x=\tan u$ 를 사용했다. 그러면 $\cot u = \frac{1}{x}$ 이다. $\csc u$ 와 $\sec u$ 를 구하기 위해, 각 $u$ 가 있고 높이가 $x$, 밑변이 $1$ 인 직각삼각형을 그린다. 피타고라스 정리로 빗변의 길이를 구할 수 있다.} \\ &=\frac{1}{3}\sqrt{1+x^2}^3+\sqrt{1+x^2}+\log\left| \frac{1}{x}-\frac{\sqrt{1+x^2}}{x} \right|+C \\&=\frac{1}{3}\sqrt{1+x^2}(4+x^2)+\log\left|\frac{1-\sqrt{1+x^2}}{x} \right|+C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We use the substitution x=tan⁡ux=\tan u, dx=sec⁡2u du\mathrm{d}x=\sec^2 u~\mathrm{d}u.

∫1+x23xdx=∫1+tan⁡2u3tan⁡usec⁡2u du=∫sec⁡3utan⁡usec⁡2u du=∫(sec⁡2u)2tan⁡usec⁡u du=∫(tan⁡2u+1)2tan⁡usec⁡u du=∫tan⁡4u+2tan⁡2u+1tan⁡usec⁡u du=∫tan⁡3usec⁡u du+∫2sec⁡utan⁡u du+∫sec⁡utan⁡u duFor the first integral, we use the substitution w=sec⁡u. The second is the antiderivative of 2sec⁡u. The third we simplify as sec⁡utan⁡u=1cos⁡u⋅cos⁡usin⁡u=csc⁡u .=∫((sec⁡2u−1)sec⁡utan⁡u) du+2sec⁡u+log⁡∣cot⁡u−csc⁡u∣+C=∫(w2−1) dw+2sec⁡u+log⁡∣cot⁡u−csc⁡u∣+C=13w3−w+2sec⁡u+log⁡∣cot⁡u−csc⁡u∣+C=13sec⁡3u−sec⁡u+2sec⁡u+log⁡∣cot⁡u−csc⁡u∣+C![figure](clp/tikz/f1bcb1bbbc.png)=13sec⁡3u+sec⁡u+log⁡∣cot⁡u−csc⁡u∣+CWe began with the substitution x=tan⁡u. Then cot⁡u=1x. To find csc⁡u and sec⁡u, we draw a right triangle with angle u, opposite side x, and adjacent side 1. The Pythagorean Theorem gives us the hypotenuse.=131+x23+1+x2+log⁡∣1x−1+x2x∣+C=131+x2(4+x2)+log⁡∣1−1+x2x∣+C\begin{aligned} \int\dfrac{\sqrt{1+x^2}^3}{x}\mathrm{d}x&=\int\frac{\sqrt{1+\tan^2 u}^3}{\tan u}\sec^2 u~\mathrm{d}u \\&=\int\frac{\sec^3u}{\tan u}\sec^2 u~\mathrm{d}u \\&=\int\frac{(\sec^2u)^2}{\tan u}\sec u~\mathrm{d}u \\&=\int\frac{(\tan^2u+1)^2}{\tan u}\sec u~\mathrm{d}u \\&=\int\frac{\tan^4u+2\tan^2 u + 1}{\tan u}\sec u~\mathrm{d}u \\&=\int \tan^3 u \sec u ~\mathrm{d}u + \int 2\sec u \tan u~\mathrm{d}u + \int \frac{\sec u}{\tan u}~\mathrm{d}u \\ \text{For the first integral, we use the substitution $w=\sec u$. The second is the antiderivative of $2\sec u$. The third we simplify as $\frac{\sec u}{\tan u} = \frac{1}{\cos u}\cdot \frac{\cos u}{\sin u} = \csc u$~.} \\ &=\int\bigg((\sec^2 u -1)\sec u \tan u\bigg)~\mathrm{d}u + 2\sec u + \log|\cot u - \csc u |+C\\ &=\int (w^2-1)~\mathrm{d}w+2\sec u + \log|\cot u - \csc u|+C\\ &=\frac{1}{3}w^3-w+2\sec u + \log|\cot u - \csc u|+C\\ &=\frac{1}{3}\sec^3u-\sec u+2\sec u + \log|\cot u - \csc u|+C \\ \smash{ ![figure](clp/tikz/f1bcb1bbbc.png) } \qquad &=\frac{1}{3}\sec^3u+\sec u + \log|\cot u - \csc u|+C \\ \text{We began with the substitution $x=\tan u$. Then $\cot u = \frac{1}{x}$. To find $\csc u$ and $\sec u$, we draw a right triangle with angle $u$, opposite side $x$, and adjacent side $1$. The Pythagorean Theorem gives us the hypotenuse.} \\ &=\frac{1}{3}\sqrt{1+x^2}^3+\sqrt{1+x^2}+\log\left| \frac{1}{x}-\frac{\sqrt{1+x^2}}{x} \right|+C \\&=\frac{1}{3}\sqrt{1+x^2}(4+x^2)+\log\left|\frac{1-\sqrt{1+x^2}}{x} \right|+C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.9절 · 25번
# 삼각치환계산도전자동 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 · 25번대학 수준우리말 번역

f(x)=∣x∣1−x24f(x) = \dfrac{|x|}{\sqrt[4]{1-x^2}} 이라 하고, RR 을 구간 [−12,12][-\frac{1}{2},\frac{1}{2}] 에서 f(x)f(x) 와 xx축 사이의 영역이라 하자.

(a) RR 의 넓이를 구하세요. (b) RR 을 xx축을 중심으로 회전시켜 만든 입체의 부피를 구하세요.

영어 원문 보기

Let f(x)=∣x∣1−x24f(x) = \dfrac{|x|}{\sqrt[4]{1-x^2}}, and let RR be the region between f(x)f(x) and the xx-axis over the interval [−12,12][-\frac{1}{2},\frac{1}{2}].

(a) Find the area of RR. (b) Find the volume of the solid formed by rotating RR about the xx-axis.

정답·풀이 보기

f(x)f(x) 는 우함수이고, 정의역 전체에서 음이 아님에 유의한다.

(a) RR 의 넓이를 구하기 위해 다음을 계산한다.

넓이=∫−1/21/2∣x∣1−x24 dx=2∫01/2x1−x24 dx치환 u=1−x2, du=−2x dx 를 이용한다.=−∫13/41u1/4 du=−[43u3/4]13/4=−43((34)3/4−1)=43−434\begin{aligned} \text{넓이}&=\int _{-1/2}^{1/2} \dfrac{|x|}{\sqrt[4]{1-x^2}}~\mathrm{d}x = 2\int _{0}^{1/2} \dfrac{x}{\sqrt[4]{1-x^2}}~\mathrm{d}x \\ \text{치환 $u=1-x^2$, $\mathrm{d}u=-2x~\mathrm{d}x$ 를 이용한다.} \\ &=-\int_{1}^{3/4} \frac{1}{u^{1/4}}~\mathrm{d}u\\ &=-\left[\frac{4}{3}u^{3/4}\right]_1^{3/4} = -\frac{4}{3}\left(\left(\frac{3}{4}\right)^{3/4}-1\right)\\ &=\frac{4}{3} - \sqrt[4]{\frac{4}{3}} \end{aligned}

(b) 회전체를 너비가 dx\mathrm{d}x 이고 반지름이 ∣x∣1−x24\dfrac{|x|}{\sqrt[4]{1-x^2}} 인 원판으로 얇게 자른다.

부피=∫−1/21/2π(∣x∣1−x24)2 dx=2π∫01/2x21−x2 dx치환 x=sin⁡θ, dx=cos⁡θ dθ 를 이용하면 1−x2=1−sin⁡2θ=cos⁡θ 이다. sin⁡0=0 이고 sin⁡π6=12 임에 유의한다.=2π∫0π/6sin⁡2θcos⁡θcos⁡θ dθ=2π∫0π/6sin⁡2θ dθ=π∫0π/6(1−cos⁡(2θ)) dθ=π[θ−12sin⁡(2θ)]0π/6=π(π6−12⋅32)=π26−3π4\begin{aligned} \text{부피}&=\int_{-1/2}^{1/2} \pi\left(\dfrac{|x|}{\sqrt[4]{1-x^2}}\right)^2~\mathrm{d}x\\ &=2\pi\int_{0}^{1/2} \dfrac{x^2}{\sqrt{1-x^2}}~\mathrm{d}x \\ \text{치환 $x=\sin \theta$, $\mathrm{d}x = \cos\theta~\mathrm{d}\theta$ 를 이용하면 $\sqrt{1-x^2} = \sqrt{1-\sin^2\theta}=\cos \theta$ 이다. $\sin 0 =0$ 이고 $\sin\frac{\pi}{6}=\frac{1}{2}$ 임에 유의한다.} \\ &=2\pi\int_{0}^{\pi/6} \frac{\sin^2 \theta}{\cos \theta}\cos \theta~\mathrm{d}\theta \\&=2\pi\int_{0}^{\pi/6} \sin^2 \theta~\mathrm{d}\theta \\&=\pi\int_{0}^{\pi/6}\big(1- \cos(2 \theta)\big)~\mathrm{d}\theta\\ &=\pi\left[\theta - \frac{1}{2}\sin(2\theta)\right]_0^{\pi/6}\\ &=\pi\left(\frac{\pi}{6} - \frac{1}{2}\cdot \frac{\sqrt{3}}{2}\right)\\ &=\frac{\pi^2}{6} - \frac{\sqrt{3}\pi}{4} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Note that f(x)f(x) is an even function, nonnegative over its entire domain.

(a) To find the area of RR, we evaluate

Area=∫−1/21/2∣x∣1−x24 dx=2∫01/2x1−x24 dxWe use the substitution u=1−x2, du=−2x dx.=−∫13/41u1/4 du=−[43u3/4]13/4=−43((34)3/4−1)=43−434\begin{aligned} \text{Area}&=\int _{-1/2}^{1/2} \dfrac{|x|}{\sqrt[4]{1-x^2}}~\mathrm{d}x = 2\int _{0}^{1/2} \dfrac{x}{\sqrt[4]{1-x^2}}~\mathrm{d}x \\ \text{We use the substitution $u=1-x^2$, $\mathrm{d}u=-2x~\mathrm{d}x$.} \\ &=-\int_{1}^{3/4} \frac{1}{u^{1/4}}~\mathrm{d}u\\ &=-\left[\frac{4}{3}u^{3/4}\right]_1^{3/4} = -\frac{4}{3}\left(\left(\frac{3}{4}\right)^{3/4}-1\right)\\ &=\frac{4}{3} - \sqrt[4]{\frac{4}{3}} \end{aligned}

(b) We slice the solid of rotation into circular disks of width dx\mathrm{d}x and radius ∣x∣1−x24\dfrac{|x|}{\sqrt[4]{1-x^2}}.

Volume=∫−1/21/2π(∣x∣1−x24)2 dx=2π∫01/2x21−x2 dxWe use the substitution x=sin⁡θ, dx=cos⁡θ dθ, so 1−x2=1−sin⁡2θ=cos⁡θ. Note sin⁡0=0 and sin⁡π6=12.=2π∫0π/6sin⁡2θcos⁡θcos⁡θ dθ=2π∫0π/6sin⁡2θ dθ=π∫0π/6(1−cos⁡(2θ)) dθ=π[θ−12sin⁡(2θ)]0π/6=π(π6−12⋅32)=π26−3π4\begin{aligned} \text{Volume}&=\int_{-1/2}^{1/2} \pi\left(\dfrac{|x|}{\sqrt[4]{1-x^2}}\right)^2~\mathrm{d}x\\ &=2\pi\int_{0}^{1/2} \dfrac{x^2}{\sqrt{1-x^2}}~\mathrm{d}x \\ \text{We use the substitution $x=\sin \theta$, $\mathrm{d}x = \cos\theta~\mathrm{d}\theta$, so $\sqrt{1-x^2} = \sqrt{1-\sin^2\theta}=\cos \theta$. Note $\sin 0 =0$ and $\sin\frac{\pi}{6}=\frac{1}{2}.$} \\ &=2\pi\int_{0}^{\pi/6} \frac{\sin^2 \theta}{\cos \theta}\cos \theta~\mathrm{d}\theta \\&=2\pi\int_{0}^{\pi/6} \sin^2 \theta~\mathrm{d}\theta \\&=\pi\int_{0}^{\pi/6}\big(1- \cos(2 \theta)\big)~\mathrm{d}\theta\\ &=\pi\left[\theta - \frac{1}{2}\sin(2\theta)\right]_0^{\pi/6}\\ &=\pi\left(\frac{\pi}{6} - \frac{1}{2}\cdot \frac{\sqrt{3}}{2}\right)\\ &=\frac{\pi^2}{6} - \frac{\sqrt{3}\pi}{4} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.9절 · 28번
# 삼각치환활용도전자동 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 · 28번대학 수준우리말 번역

(a) 상수 aa 가 양수이고, 적분할 식에 a2−x2\sqrt{a^2-x^2} 항이 들어 있어서 치환 x=asin⁡ux=a\sin u (역함수는 u=arcsin⁡(x/a)u = \arcsin(x/a))를 쓴다고 하자. 그러면 a2−x2=a2cos⁡2u=∣acos⁡u∣\sqrt{a^2-x^2} = \sqrt{a^2\cos^2u}= |a\cos u| 이다. 어떤 경우에 ∣acos⁡u∣≠acos⁡u|a\cos u|\neq a\cos u 인지 구하세요. (b) 상수 aa 가 양수이고, 적분할 식에 a2+x2\sqrt{a^2+x^2} 항이 들어 있어서 치환 x=atan⁡ux=a\tan u (역함수는 u=arctan⁡(x/a)u = \arctan(x/a))를 쓴다고 하자. 그러면 a2+x2=a2sec⁡2u=∣asec⁡u∣\sqrt{a^2+x^2} = \sqrt{a^2\sec^2u}= |a\sec u| 이다. 어떤 경우에 ∣asec⁡u∣≠asec⁡u|a\sec u|\neq a\sec u 인지 구하세요. (c) 상수 aa 가 양수이고, 적분할 식에 x2−a2\sqrt{x^2-a^2} 항이 들어 있어서 치환 x=asec⁡ux=a\sec u (역함수는 u=arcsec(x/a)=arccos⁡(a/x)u = \mathop{\mathrm{arcsec}}(x/a)=\arccos(a/x))를 쓴다고 하자. 그러면 x2−a2=a2tan⁡2u=∣atan⁡u∣\sqrt{x^2-a^2} = \sqrt{a^2\tan^2u}= |a\tan u| 이다. 어떤 경우에 ∣atan⁡u∣≠atan⁡u|a\tan u|\neq a\tan u 인지 구하세요.

영어 원문 보기

(a) Suppose we are evaluating an integral that contains the term a2−x2\sqrt{a^2-x^2}, where aa is a positive constant, and we use the substitution x=asin⁡ux=a\sin u (with inverse u=arcsin⁡(x/a)u = \arcsin(x/a)), so that a2−x2=a2cos⁡2u=∣acos⁡u∣\sqrt{a^2-x^2} = \sqrt{a^2\cos^2u}= |a\cos u| Under what circumstances is ∣acos⁡u∣≠acos⁡u|a\cos u|\neq a\cos u? (b) Suppose we are evaluating an integral that contains the term a2+x2\sqrt{a^2+x^2}, where aa is a positive constant, and we use the substitution x=atan⁡ux=a\tan u (with inverse u=arctan⁡(x/a)u = \arctan(x/a)), so that a2+x2=a2sec⁡2u=∣asec⁡u∣\sqrt{a^2+x^2} = \sqrt{a^2\sec^2u}= |a\sec u| Under what circumstances is ∣asec⁡u∣≠asec⁡u|a\sec u|\neq a\sec u? (c) Suppose we are evaluating an integral that contains the term x2−a2\sqrt{x^2-a^2}, where aa is a positive constant, and we use the substitution x=asec⁡ux=a\sec u (with inverse u=arcsec(x/a)=arccos⁡(a/x)u = \mathop{\mathrm{arcsec}}(x/a)=\arccos(a/x)), so that x2−a2=a2tan⁡2u=∣atan⁡u∣\sqrt{x^2-a^2} = \sqrt{a^2\tan^2u}= |a\tan u| Under what circumstances is ∣atan⁡u∣≠atan⁡u|a\tan u|\neq a\tan u?

정답·풀이 보기

임의의 값 XX 에 대해 ∣X∣={X(X≥0 일 때)−X(X≤0 일 때)|X| = \left\{\begin{array}{rl} X&\text{(}X \ge 0\text{ 일 때)}\\ -X&\text{(}X \le 0\text{ 일 때)}\end{array}\right. 임을 기억하자. 따라서 ∣X∣≠X|X| \neq X 인 것은 정확히 X<0X<0 일 때이다.

(a) 아크사인의 치역은 [−π2,π2]\big[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\big] 이다. 따라서 u=arcsin⁡(x/a)u=\arcsin(x/a) 이므로 uu 는 [−π2,π2]\big[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\big] 범위에 있다. 그러므로 cos⁡u≥0\cos u \geq 0 이다. aa 가 양수이므로 acos⁡u≥0a\cos u \ge 0 이고, 따라서 acos⁡u=∣acos⁡u∣a\cos u = |a\cos u| 이다. 즉, a2−x2=∣acos⁡u∣=acos⁡u\sqrt{a^2-x^2}=|a\cos u|=a\cos u 가 항상 성립한다.

(b) 아크탄젠트의 치역은 (−π2,π2)\big(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\big) 이다. 따라서 u=arctan⁡(x/a)u=\arctan(x/a) 이므로 uu 는 (−π2,π2)\big(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\big) 범위에 있다. 그러므로 sec⁡u=1cos⁡u>0\sec u = \frac{1}{\cos u} >0 이다. aa 가 양수이므로 asec⁡u>0a\sec u > 0 이고, 따라서 asec⁡u=∣asec⁡u∣a\sec u = |a\sec u| 이다. 즉, a2+x2=∣asec⁡u∣=asec⁡u\sqrt{a^2+x^2}=|a\sec u|=a\sec u 가 항상 성립한다.

(c) 아크코사인의 치역은 [0,π]\big[0,\pi \big] 이다. 따라서 u=arcsec(x/a)=arccos⁡(a/x)u=\mathop{\mathrm{arcsec}}(x/a) = \arccos(a/x) 이므로 uu 는 [0,π]\big[0,\pi\big] 범위에 있다. (사실 시컨트는 π/2\pi/2 에서 정의되지 않으므로 uu 는 [0,π2)∪(π2,π][0,\frac{\pi}{2}) \cup (\frac{\pi}{2},\pi] 범위에 있다.) ∣atan⁡u∣≠atan⁡u|a\tan u| \neq a\tan u 이면 tan⁡u<0\tan u <0 이고, 이는 uu 가 (π2,π)\big (\frac{\pi}{2},\pi) 범위에 있을 때 일어난다. 이 범위는 −1<cos⁡u<0-1<\cos u <0 인 범위와 같으므로 −1<ax<0-1<\frac{a}{x}<0 이다. ax<0\frac{a}{x}<0 이므로 aa 와 xx 의 부호가 다르고, 따라서 x<0x<0 이다. 그러면 −1<ax-1<\frac{a}{x} 이므로 x<−ax<-a 이기도 하다.

그러므로 x2−a2=∣atan⁡u∣=−atan⁡u≠atan⁡u\sqrt{x^2-a^2} = |a\tan u| = -a\tan u \neq a\tan u 가 성립하는 것은 정확히 x<−ax< -a 일 때이다.

원본 교재 풀이(영어)

Remember that for any value XX, ∣X∣={Xif X≥0−Xif X≤0|X| = \left\{\begin{array}{rl} X&\text{if }X \ge 0\\ -X&\text{if }X \le 0 \end{array}\right. So, ∣X∣≠X|X| \neq X precisely when X<0X<0.

(a) The range of arcsine is [−π2,π2]\big[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\big]. So, since u=arcsin⁡(x/a)u=\arcsin(x/a), uu is in the range [−π2,π2]\big[-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\big]. Therefore cos⁡u≥0\cos u \geq 0. Since aa is positive, acos⁡u≥0a\cos u \ge 0, so acos⁡u=∣acos⁡u∣a\cos u = |a\cos u|. That is, a2−x2=∣acos⁡u∣=acos⁡u\sqrt{a^2-x^2}=|a\cos u|=a\cos u all the time.

(b) The range of arctangent is (−π2,π2)\big(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\big). So, since u=arctan⁡(x/a)u=\arctan(x/a), uu is in the range (−π2,π2)\big(-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}\big). Therefore sec⁡u=1cos⁡u>0\sec u = \frac{1}{\cos u} >0 . Since aa is positive, asec⁡u>0a\sec u > 0, so asec⁡u=∣asec⁡u∣a\sec u = |a\sec u|.That is, a2+x2=∣asec⁡u∣=asec⁡u\sqrt{a^2+x^2}=|a\sec u|=a\sec u all the time.

(c) The range of arccosine is [0,π]\big[0,\pi \big]. So, since u=arcsec(x/a)=arccos⁡(a/x)u=\mathop{\mathrm{arcsec}}(x/a) = \arccos(a/x), uu is in the range [0,π]\big[0,\pi\big]. (Actually, it's in the range [0,π2)∪(π2,π][0,\frac{\pi}{2}) \cup (\frac{\pi}{2},\pi], since secant is undefined at π/2\pi/2.) If ∣atan⁡u∣≠atan⁡u|a\tan u| \neq a\tan u, then tan⁡u<0\tan u <0, which happens when uu is in the range (π2,π)\big (\frac{\pi}{2},\pi). This is the same range over which −1<cos⁡u<0-1<\cos u <0, and so −1<ax<0-1<\frac{a}{x}<0. Since ax<0\frac{a}{x}<0, aa and xx have different signs, so x<0x<0. Then since −1<ax-1<\frac{a}{x}, also x<−ax<-a.

So, x2−a2=∣atan⁡u∣=−atan⁡u≠atan⁡u\sqrt{x^2-a^2} = |a\tan u| = -a\tan u \neq a\tan u happens precisely when when x<−ax< -a.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 2권 · 3.3절 · 42번
# 삼각치환계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)