문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 적분

미적분의 기본정리

부정적분 F로 정적분 F(b)−F(a)를 계산하고, 적분과 미분의 관계를 이해한다

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

7문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-2 · 1.3절 · 2번우리말 번역

함수 f(x)=x3−sin⁡2xf(x) = x^3 -\sin 2x 에 대하여, F(0)=1F(0)=1 을 만족시키는 부정적분 F(x)F(x) 를 구하세요.

영어 원문 보기

For the function f(x)=x3−sin⁡2xf(x) = x^3 -\sin 2x, find its antiderivative F(x)F(x) that satisfies F(0)=1F(0)=1.

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먼저 x3−sin⁡(2x)x^3-\sin(2x) 의 부정적분을 구해 보자.

  • 도함수가 x3x^3 인 함수 하나는 x44\dfrac{x^4}{4} 이다.
  • sin⁡(2x)\sin(2x) 의 부정적분을 구하기 위해 먼저 cos⁡(2x)\cos(2x) 를 떠올릴 수 있지만, 확인해 보면 ddx{cos⁡(2x)}=−2sin⁡(2x)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\cos(2x)\}=-2\sin(2x) 이다. 따라서 −12-\dfrac{1}{2} 을 곱하기만 하면 된다: ddx{−12cos⁡2x}=sin⁡(2x)\displaystyle\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{-\dfrac{1}{2}\cos 2x\right\}=\sin(2x).

따라서 f(x)f(x) 의 부정적분은 x44+12cos⁡2x+C\dfrac{x^4}{4}+\dfrac{1}{2}\cos 2x+C 이다. F(0)=1F(0)=1 을 만족시키려면 다음이 성립해야 한다. (기호   ⟺  \iff 는 “필요충분조건이다”라고 읽는다. 이는 수학에서 두 명제가 논리적으로 동치임을 나타내는 데 쓰인다. 더 정확히 말하면, 명제 P  ⟺  QP \iff Q 는 QQ 가 참일 때마다 PP 가 참이고 PP 가 참일 때마다 QQ 가 참이라는 뜻이다.)

[x44+12cos⁡2x+C]x=0=1  ⟺  12+C=1  ⟺  C=12\begin{aligned} \Big[\frac{x^4}{4}+\frac{1}{2}\cos 2x+C\Big]_{x=0}=1 \iff \frac{1}{2} + C = 1 \iff C=\frac{1}{2} \end{aligned}

따라서 F(x)=x44+12cos⁡2x+12F(x) = \dfrac{x^4}{4}+\dfrac{1}{2}\cos 2x+\dfrac{1}{2} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

First, let's find a general antiderivative of x3−sin⁡(2x)x^3-\sin(2x).

  • One function with derivative x3x^3 is x44\dfrac{x^4}{4}.
  • To find an antiderivative of sin⁡(2x)\sin(2x), we might first guess cos⁡(2x)\cos(2x); checking, we see ddx{cos⁡(2x)}=−2sin⁡(2x)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\cos(2x)\}=-2\sin(2x). So, we only need to multiply by −12-\dfrac{1}{2}: ddx{−12cos⁡2x}=sin⁡(2x)\displaystyle\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{-\dfrac{1}{2}\cos 2x\right\}=\sin(2x).

So, the general antiderivative of f(x)f(x) is x44+12cos⁡2x+C\dfrac{x^4}{4}+\dfrac{1}{2}\cos 2x+C. To satisfy F(0)=1F(0)=1, we need (The symbol   ⟺  \iff is read “if and only if”. This is used in mathematics to express the logical equivalence of two statements. To be more precise, the statement P  ⟺  QP \iff Q tells us that PP is true whenever QQ is true and QQ is true whenever PP is true.)

[x44+12cos⁡2x+C]x=0=1  ⟺  12+C=1  ⟺  C=12\begin{aligned} \Big[\frac{x^4}{4}+\frac{1}{2}\cos 2x+C\Big]_{x=0}=1 \iff \frac{1}{2} + C = 1 \iff C=\frac{1}{2} \end{aligned}

So F(x)=x44+12cos⁡2x+12F(x) = \dfrac{x^4}{4}+\dfrac{1}{2}\cos 2x+\dfrac{1}{2}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 51번
# 미적분의 기본정리계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
2.CLP-2 · 1.3절 · 4번우리말 번역

참 또는 거짓: 1x2\dfrac{1}{x^2} 의 부정적분은 log⁡(x2)\log (x^2) 이다 (여기서 log⁡x\log x 는 밑이 ee 인 로그를 뜻한다).

영어 원문 보기

True or false: an antiderivative of 1x2\dfrac{1}{x^2} is log⁡(x2)\log (x^2) (where by log⁡x\log x we mean logarithm base ee).

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이런 생각이 들기 쉽다:

∫1x dx=log⁡∣x∣+C 그러니 아마 비슷하게 ∫1x2 dx=?log⁡∣x2∣+C=log⁡(x2)+C 미분하여 확인한다:ddx{log⁡(x2)}=ddx{2log⁡x}=2x≠1x2\begin{aligned} \int \frac{1}{x}\ \mathrm{d}x&=\log|x|+C \\ \text{ 그러니 아마 비슷하게 } \\ \int \frac{1}{x^2}\ \mathrm{d}x&\stackrel{?}{=}\log|x^2|+C=\log(x^2)+C \\ \text{ 미분하여 확인한다:} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\log(x^2)\} &= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{2\log x\}=\frac{2}{x} \neq \frac{1}{x^2} \end{aligned} 따라서 그렇게 간단하지 않았다: 거짓이다.

부정적분을 추측할 때는 처음의 추측을 조금 고쳐야 하는 경우가 많다. 상수를 바꾸는 것은 잘 통하지만, 함수를 바꾸는 것은 대체로 통하지 않는다.

원본 교재 풀이(영어)

This is a tempting thought:

∫1x dx=log⁡∣x∣+C so perhaps similarly ∫1x2 dx=?log⁡∣x2∣+C=log⁡(x2)+C We check by differentiating:ddx{log⁡(x2)}=ddx{2log⁡x}=2x≠1x2\begin{aligned} \int \frac{1}{x}\ \mathrm{d}x&=\log|x|+C \\ \text{ so perhaps similarly } \\ \int \frac{1}{x^2}\ \mathrm{d}x&\stackrel{?}{=}\log|x^2|+C=\log(x^2)+C \\ \text{ We check by differentiating:} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\log(x^2)\} &= \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{2\log x\}=\frac{2}{x} \neq \frac{1}{x^2} \end{aligned} So, it wasn't so easy: false.

When we're guessing antiderivatives, we often need to adjust our original guesses a little. Changing constants works well; changing functions usually does not.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 4.4절 · 11번
# 미적분의 기본정리개념 확인기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
3.CLP-2 · 1.3절 · 5번우리말 번역

참 또는 거짓: cos⁡(ex)\cos(e^x) 의 부정적분은 sin⁡(ex)ex\frac{\sin(e^x)}{e^x} 이다.

영어 원문 보기

True or false: an antiderivative of cos⁡(ex)\cos(e^x) is sin⁡(ex)ex\frac{\sin(e^x)}{e^x}.

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이렇게 해 보고 싶어진다:

ddx{sin⁡(ex)}=excos⁡(ex)그러므로 아마도ddx{sin⁡(ex)ex}=?cos⁡(ex)미분하여 확인한다:ddx{sin⁡(ex)ex}=ex(cos⁡(ex)⋅ex)−sin⁡(ex)exe2x(몫의 미분법)=cos⁡(ex)−sin⁡(ex)ex≠cos⁡(ex)\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sin(e^x)\} &= e^x\cos(e^x) \\ \text{그러므로 아마도} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{\sin(e^x)}{e^x}\right\} &\stackrel{?}{=} \cos(e^x) \\ \text{미분하여 확인한다:} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{\sin(e^x)}{e^x}\right\} &=\frac{e^x\left(\cos(e^x)\cdot e^x\right)-\sin(e^x)e^x}{e^{2x}} &\text{(몫의 미분법)}\\ & = \cos (e^x) - \frac{\sin(e^x)}{e^x}\\ &\neq \cos(e^x) \end{aligned}

따라서 주어진 명제는 거짓이다.

부정적분을 추측할 때에는 처음 추측을 조금 고쳐야 하는 경우가 많다. 상수로 나누는 것은 대체로 잘 되지만, 함수로 나누는 것은 대체로 잘 되지 않는다.

원본 교재 풀이(영어)

This is tempting:

ddx{sin⁡(ex)}=excos⁡(ex)so perhapsddx{sin⁡(ex)ex}=?cos⁡(ex)We check by differentiating:ddx{sin⁡(ex)ex}=ex(cos⁡(ex)⋅ex)−sin⁡(ex)exe2x(quotient rule)=cos⁡(ex)−sin⁡(ex)ex≠cos⁡(ex)\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\sin(e^x)\} &= e^x\cos(e^x) \\ \text{so perhaps} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{\sin(e^x)}{e^x}\right\} &\stackrel{?}{=} \cos(e^x) \\ \text{We check by differentiating:} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{\sin(e^x)}{e^x}\right\} &=\frac{e^x\left(\cos(e^x)\cdot e^x\right)-\sin(e^x)e^x}{e^{2x}} &\text{(quotient rule)}\\ & = \cos (e^x) - \frac{\sin(e^x)}{e^x}\\ &\neq \cos(e^x) \end{aligned}

So, the statement is false.

When we're guessing antiderivatives, we often need to adjust our original guesses a little. Dividing by constants works well; dividing by functions usually does not.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 4번
# 미적분의 기본정리개념 확인기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
4.CLP-2 · 1.3절 · 6번우리말 번역

F(x)=∫7xsin⁡(t2) dtF(x) = \displaystyle\int_7^x \sin(t^2)\ \mathrm{d}t 라 하자. xx 에 대한 F(x)F(x) 의 순간변화율을 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose F(x)=∫7xsin⁡(t2) dtF(x) = \displaystyle\int_7^x \sin(t^2)\ \mathrm{d}t. What is the instantaneous rate of change of F(x)F(x) with respect to xx?

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“xx 에 대한 F(x)F(x) 의 순간변화율”은 “F′(x)F'(x)”를 달리 표현한 말이다. 미적분학의 기본정리 제1부에 의해 이 값은 sin⁡(x2)\sin (x^2) 이다.

원본 교재 풀이(영어)

“The instantaneous rate of change of F(x)F(x) with respect to xx" is another way of saying “F′(x)F'(x)". From the Fundamental Theorem of Calculus Part 1, we know this is sin⁡(x2)\sin (x^2).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기Active Calculus · 4.4절 · 13번
# 미적분의 기본정리계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
5.CLP-2 · 1.3절 · 7번우리말 번역

F(x)=∫2xe1/t dtF(x) = \displaystyle\int_{2}^x e^{1/t}\ \mathrm{d}t 라 하자. x=3x=3 일 때 y=F(x)y=F(x) 의 접선의 기울기를 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose F(x)=∫2xe1/t dtF(x) = \displaystyle\int_{2}^x e^{1/t}\ \mathrm{d}t. What is the slope of the tangent line to y=F(x)y=F(x) when x=3x=3?

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x=3x=3 일 때 y=F(x)y=F(x) 의 접선의 기울기는 바로 F′(3)F'(3) 이다. 미적분학의 기본정리 제1부에 의해 F′(x)=e1/xF'(x) = e^{1/x} 이다. 따라서 F′(3)=e1/3=e3F'(3) = e^{1/3} = \sqrt[3]{e} 이다.

원본 교재 풀이(영어)

The slope of the tangent line to y=F(x)y=F(x) when x=3x=3 is exactly F′(3)F'(3). By the Fundamental Theorem of Calculus Part 1, F′(x)=e1/xF'(x) = e^{1/x}. Then F′(3)=e1/3=e3F'(3) = e^{1/3} = \sqrt[3]{e}.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 6번
# 미적분의 기본정리계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
6.CLP-2 · 1.3절 · 8번우리말 번역

F′(x)=f(x)F'(x)=f(x) 라 하자. f(x)f(x) 의 서로 다른 부정적분 두 개를 구하세요.

영어 원문 보기

Suppose F′(x)=f(x)F'(x)=f(x). Give two different antiderivatives of f(x)f(x).

정답·풀이 보기

임의의 상수 CC 에 대해 F(x)+CF(x)+C 는 f(x)f(x) 의 부정적분이다. 왜냐하면 ddx{F(x)+C}=ddx{F(x)}=f(x)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{F(x)+C\} = \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{F(x)\} = f(x) 이기 때문이다. 따라서 예를 들어 F(x)F(x) 와 F(x)+1F(x)+1 은 모두 f(x)f(x) 의 부정적분이다.

원본 교재 풀이(영어)

For any constant CC, F(x)+CF(x)+C is an antiderivative of f(x)f(x), because ddx{F(x)+C}=ddx{F(x)}=f(x)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{F(x)+C\} = \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{F(x)\} = f(x). So, for example, F(x)F(x) and F(x)+1F(x)+1 are both antiderivatives of f(x)f(x).

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 5.4절 · 30번
# 미적분의 기본정리계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
7.CLP-2 · 1.3절 · 10번우리말 번역

미적분학의 기본정리 제2부를 이용하여 다음 적분의 값을 구하거나, 적용할 수 없는 이유를 설명하세요.

(a) ∫−ππcos⁡x dx\displaystyle\int_{-\pi}^\pi \cos x \ \mathrm{d}x. (b) ∫−ππsec⁡2x dx\displaystyle\int_{-\pi}^\pi \sec^2 x \ \mathrm{d}x. (c) ∫−201x+1 dx\displaystyle\int_{-2}^0 \frac{1}{x+1}\ \mathrm{d}x.

영어 원문 보기

Evaluate the following integrals using the Fundamental Theorem of Calculus Part 2, or explain why it does not apply.

(a) ∫−ππcos⁡x dx\displaystyle\int_{-\pi}^\pi \cos x \ \mathrm{d}x. (b) ∫−ππsec⁡2x dx\displaystyle\int_{-\pi}^\pi \sec^2 x \ \mathrm{d}x. (c) ∫−201x+1 dx\displaystyle\int_{-2}^0 \frac{1}{x+1}\ \mathrm{d}x.

정답·풀이 보기

(a) cos⁡x\cos x 의 부정적분은 sin⁡x\sin x 이고, cos⁡x\cos x 는 모든 곳에서 연속이므로 ∫−ππcos⁡x dx=sin⁡(π)−sin⁡(−π)=0\displaystyle\int_{-\pi}^\pi \cos x \ \mathrm{d}x = \sin(\pi)-\sin(-\pi) = 0. (b) sec⁡2x\sec^2 x 는 x=±π2x=\pm\frac{\pi}{2} 에서 불연속이므로, ∫−ππsec⁡2x dx\displaystyle\int_{-\pi}^\pi \sec^2 x \ \mathrm{d}x 에는 미적분학의 기본정리 제2부를 적용할 수 없다. (c) 1x+1\frac{1}{x+1} 은 x=−1x=-1 에서 불연속이므로, ∫−201x+1 dx\displaystyle\int_{-2}^0 \frac{1}{x+1}\ \mathrm{d}x 에는 미적분학의 기본정리 제2부를 적용할 수 없다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) The antiderivative of cos⁡x\cos x is sin⁡x\sin x, and cos⁡x\cos x is continuous everywhere, so ∫−ππcos⁡x dx=sin⁡(π)−sin⁡(−π)=0\displaystyle\int_{-\pi}^\pi \cos x \ \mathrm{d}x = \sin(\pi)-\sin(-\pi) = 0. (b) Since sec⁡2x\sec^2 x is discontinuous at x=±π2x=\pm\frac{\pi}{2}, the Fundamental Theorem of Calculus Part 2 does not apply to ∫−ππsec⁡2x dx\displaystyle\int_{-\pi}^\pi \sec^2 x \ \mathrm{d}x. (c) Since 1x+1\frac{1}{x+1} is discontinuous at x=−1x=-1, the Fundamental Theorem of Calculus Part 2 does not apply to ∫−201x+1 dx\displaystyle\int_{-2}^0 \frac{1}{x+1}\ \mathrm{d}x.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 5번
# 미적분의 기본정리계산기본자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)