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.

4문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-2 · 1.3절 · 42번우리말 번역

30 m/s30\,\textrm{m}/\textrm{s} 로 달리는 자동차가 시각 t=0t=0 에 브레이크를 밟는다. 속도(m/s\textrm{m}/\textrm{s} 단위)는 식 v(t)=30−10tv(t) = 30 - 10t 에 따라 감소한다. 자동차가 멈출 때까지 얼마나 멀리 가는지 구하세요.

영어 원문 보기

A car traveling at 30 m/s30\,\textrm{m}/\textrm{s} applies its brakes at time t=0t=0, its velocity (in m/s\textrm{m}/\textrm{s}) decreasing according to the formula v(t)=30−10tv(t) = 30 - 10t. How far does the car go before it stops?

정답·풀이 보기

v(t)=30−10t=0v(t)=30-10t=0 일 때 자동차가 멈추며, 이는 시각 t=3t = 3 일 때이다. 그 시각까지 이동한 거리는

∫03v(t) dt=(30t−5t2)∣03=(90−45)−0=45 m.\begin{aligned} \int_0^3 v(t)\,\mathrm{d}t = (30t - 5t^2)\Big|_{0}^{3} = (90-45)-0 = 45\,\textrm{m}. \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The car stops when v(t)=30−10t=0v(t)=30-10t=0, which occurs at time t=3t = 3. The distance covered up to that time is

∫03v(t) dt=(30t−5t2)∣03=(90−45)−0=45 m.\begin{aligned} \int_0^3 v(t)\,\mathrm{d}t = (30t - 5t^2)\Big|_{0}^{3} = (90-45)-0 = 45\,\textrm{m}. \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 34번
# 미적분의 기본정리활용도전자동 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 · 49번우리말 번역

f(x)=x3∫0x3+1et3dtf(x)=x^3\displaystyle\int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t 라 하자.

(a) 도함수 f′(x)f'(x) 의 식을 구하세요. (식에 적분 기호가 포함되어도 됩니다.) (b) y=f(x)y=f(x) 의 그래프 위의 x=−1x=-1 에서의 접선의 방정식을 구하세요.

영어 원문 보기

Define f(x)=x3∫0x3+1et3dtf(x)=x^3\displaystyle\int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t.

(a) Find a formula for the derivative f′(x)f'(x). (Your formula may include an integral sign.) (b) Find the equation of the tangent line to the graph of y=f(x)y=f(x) at x=−1x=-1.

정답·풀이 보기

(a) 곱의 미분법, 합성함수의 미분법, 미적분학의 기본정리 제1부를 차례로 이용하면,

f′(x)=3x2∫0x3+1et3dt+x3ddx∫0x3+1et3dt=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2][ddy∫0yet3dt]y=x3+1=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2][ey3]y=x3+1=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2]e(x3+1)3=3x2∫0x3+1et3dt+3x5e(x3+1)3\begin{aligned} f'(x) & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] \Bigg[\frac{d}{\mathrm{d}y}\int_{0}^{y} e^{t^3} \mathrm{d}t\Bigg]_{y=x^3+1} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] \Big[e^{y^3}\Big]_{y=x^3+1} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] e^{(x^3+1)^3} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + 3x^5 e^{(x^3+1)^3} \end{aligned}

(b) 일반적으로 y=f(x)y=f(x) 의 그래프 위의 x=ax=a 에서의 접선의 방정식은

y=f(a)+f′(a) (x−a)y=f(a) + f'(a)\,(x-a)

이다. 주어진 f(x)f(x) 와 a=−1a=-1 을 대입하면 다음과 같다.

f(a)=f(−1)=(−1)3∫00et3 dt=0f′(a)=f′(−1)=3(−1)2∫00et3 dt+3(−1)5e0=0−3=−3(x−a)=x−(−1)=x+1따라서 접선의 방정식은y=−3(x+1) .\begin{aligned} f(a)=f(-1)&=(-1)^3\int_0^0 e^{t^3}\ \mathrm{d}t=0\\ f'(a)=f'(-1)&=3(-1)^2\int_{0}^{0}e^{t^3}\ \mathrm{d}t + 3(-1)^5e^{0}\\ &=0-3=-3\\ (x-a)=x-(-1)&=x+1 \\ \text{따라서 접선의 방정식은} \\ y = -3(x+1)\ . \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a) Using the product rule, followed by the chain rule, followed by the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,

f′(x)=3x2∫0x3+1et3dt+x3ddx∫0x3+1et3dt=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2][ddy∫0yet3dt]y=x3+1=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2][ey3]y=x3+1=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2]e(x3+1)3=3x2∫0x3+1et3dt+3x5e(x3+1)3\begin{aligned} f'(x) & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] \Bigg[\frac{d}{\mathrm{d}y}\int_{0}^{y} e^{t^3} \mathrm{d}t\Bigg]_{y=x^3+1} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] \Big[e^{y^3}\Big]_{y=x^3+1} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] e^{(x^3+1)^3} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + 3x^5 e^{(x^3+1)^3} \end{aligned}

(b) In general, the equation of the tangent line to the graph of y=f(x)y=f(x) at x=ax=a is

y=f(a)+f′(a) (x−a)y=f(a) + f'(a)\,(x-a)

Substituting in the given f(x)f(x) and a=−1a=-1:

f(a)=f(−1)=(−1)3∫00et3 dt=0f′(a)=f′(−1)=3(−1)2∫00et3 dt+3(−1)5e0=0−3=−3(x−a)=x−(−1)=x+1So, the equation of the tangent line isy=−3(x+1) .\begin{aligned} f(a)=f(-1)&=(-1)^3\int_0^0 e^{t^3}\ \mathrm{d}t=0\\ f'(a)=f'(-1)&=3(-1)^2\int_{0}^{0}e^{t^3}\ \mathrm{d}t + 3(-1)^5e^{0}\\ &=0-3=-3\\ (x-a)=x-(-1)&=x+1 \\ \text{So, the equation of the tangent line is} \\ y = -3(x+1)\ . \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 42번
# 미적분의 기본정리그래프·표 해석도전자동 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 · 50번우리말 번역

두 학생이 어떤 함수 f(x)f(x) 에 대하여 ∫f(x) dx\int f(x)\ \mathrm{d}x 를 계산한다.

  • 학생 A는 ∫f(x) dx=tan⁡2x+x+C\int f(x)\ \mathrm{d}x = \tan^2 x + x + C 라고 계산한다.
  • 학생 B는 ∫f(x) dx=sec⁡2x+x+C\int f(x)\ \mathrm{d}x = \sec^2 x + x + C 라고 계산한다.
  • ddx{tan⁡2x}=f(x)−1\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\tan^2 x\} = f(x)-1 임이 알려져 있다.

누가 올바른 답을 얻었는지 구하세요.

영어 원문 보기

Two students calculate ∫f(x) dx\int f(x)\ \mathrm{d}x for some function f(x)f(x).

  • Student A calculates ∫f(x) dx=tan⁡2x+x+C\int f(x)\ \mathrm{d}x = \tan^2 x + x + C
  • Student B calculates ∫f(x) dx=sec⁡2x+x+C\int f(x)\ \mathrm{d}x = \sec^2 x + x + C
  • It is a fact that ddx{tan⁡2x}=f(x)−1\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\tan^2 x\} = f(x)-1

Who ended up with the correct answer?

정답·풀이 보기

“+C+C”는 함수에 임의의 상수를 더할 수 있다는 뜻임을 기억하자. tan⁡2x=sec⁡2x−1\tan^2 x = \sec^2 x - 1 이므로 학생 A와 학생 B의 답은 서로 같은 답이다. 두 답은 상수만큼만 다르다.

따라서 한 학생이 맞으면 두 학생 모두 맞고, 한 학생이 틀리면 두 학생 모두 틀리다. 학생 A의 풀이를 확인하면 다음과 같다. ddx{tan⁡2x+x+C}=ddx{tan⁡2x}+1+0=f(x)−1+1=f(x)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\tan^2 x + x + C\}=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\tan^2 x\} +1 + 0 = f(x)-1+1=f(x) 따라서 학생 A의 답은 실제로 f(x)f(x) 의 원시함수이다. 그러므로 두 학생 모두 올바른 답을 얻었다.

참고: 서로 같은 답이 꽤 다르게 보이는 일은 자주 있다. 자신의 풀이를 다른 사람의 풀이와 비교할 때 이 점을 기억해 두면 좋다!

원본 교재 풀이(영어)

Recall that “+C+C" means that we can add any constant to the function. Since tan⁡2x=sec⁡2x−1\tan^2 x = \sec^2 x - 1, Students A and B have equivalent answers: they only differ by a constant.

So, if one is right, both are right; if one is wrong, both are wrong. We check Student A's work: ddx{tan⁡2x+x+C}=ddx{tan⁡2x}+1+0=f(x)−1+1=f(x)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\tan^2 x + x + C\}=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{\tan^2 x\} +1 + 0 = f(x)-1+1=f(x) So, Student A's answer is indeed an anditerivative of f(x)f(x). Therefore, both students ended up with the correct answer.

Remark: it is a frequent occurrence that equivalent answers might look quite different. As you are comparing your work to others', this is a good thing to keep in mind!

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 2번
# 미적분의 기본정리계산도전자동 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 · 51번우리말 번역

F(x)=∫0xx3sin⁡(t) dtF(x)=\displaystyle\int_0^x x^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t 라 하자.

(a) F(3)F(3) 의 값을 구하세요. (b) F′(x)F'(x) 는 무엇인지 구하세요.

영어 원문 보기

Let F(x)=∫0xx3sin⁡(t) dtF(x)=\displaystyle\int_0^x x^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t.

(a) Evaluate F(3)F(3). (b) What is F′(x)F'(x)?

답 쓰고 채점
(a)
(b)
정답·풀이 보기

(a) x=3x=3 일 때,

F(3)=∫0333sin⁡(t) dt=27∫03sin⁡t dt미적분의 기본 정리 제2부를 이용하면,=27[−cos⁡t]t=0t=3=27[−cos⁡3−(−cos⁡0)]=27(1−cos⁡3)\begin{aligned} F(3)&=\displaystyle\int_0^3 3^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t=27\int_0^3 \sin t \ \mathrm{d}t \\ \text{미적분의 기본 정리 제2부를 이용하면,} \\ &=27\left[-\cos t\right]_{t=0}^{t=3} =27\left[-\cos 3 - (-\cos 0)\right]\\ &=27(1-\cos 3 ) \end{aligned} (b) 적분이 tt 에 대한 것이므로 x3x^3 항은 적분 밖으로 꺼낼 수 있다. 즉, 적분을 할 때에는 x3x^3 이 상수이다(미분을 할 때에는 분명히 상수가 아니지만).

F(x)=∫0xx3sin⁡(t) dt=x3∫0xsin⁡(t) dt곱의 미분법과 미적분의 기본 정리 제1부를 이용하면,F′(x)=x3⋅sin⁡(x)+3x2∫0xsin⁡(t) dt=x3sin⁡(x)+3x2[−cos⁡(t)]t=0t=x=x3sin⁡(x)+3x2[−cos⁡(x)−(−cos⁡(0))]=x3sin⁡(x)+3x2[1−cos⁡(x)]\begin{aligned} F(x)&=\displaystyle\int_0^x x^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t = x^3 \int_0^x \sin(t)\ \mathrm{d}t \\ \text{곱의 미분법과 미적분의 기본 정리 제1부를 이용하면,} \\ F'(x)&=x^3\cdot \sin(x) + 3x^2 \int_0^x \sin(t)\ \mathrm{d}t\\ &=x^3\sin(x)+3x^2\left[-\cos(t)\right]_{t=0}^{t=x}\\ &=x^3\sin(x)+3x^2[-\cos(x)-(-\cos(0))]\\ &=x^3\sin (x) + 3x^2[1-\cos (x)] \end{aligned}

참고: 이 문제에서 xx 와 tt 는 서로 다른 역할을 하므로 서로 다른 이름을 쓰는 것이 매우 중요하다. 이것이 ∫axf(t)dt\int_a^x f(t)\mathrm{d}t 를 뜻하면서 ∫axf(x)dx\int_a^x f(x)\mathrm{d}x 라고 쓰는 흔한 실수를 피해야 하는 이유 중 하나이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) When x=3x=3,

F(3)=∫0333sin⁡(t) dt=27∫03sin⁡t dtUsing the Fundamental Theorem of Calculus Part 2,=27[−cos⁡t]t=0t=3=27[−cos⁡3−(−cos⁡0)]=27(1−cos⁡3)\begin{aligned} F(3)&=\displaystyle\int_0^3 3^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t=27\int_0^3 \sin t \ \mathrm{d}t \\ \text{Using the Fundamental Theorem of Calculus Part 2,} \\ &=27\left[-\cos t\right]_{t=0}^{t=3} =27\left[-\cos 3 - (-\cos 0)\right]\\ &=27(1-\cos 3 ) \end{aligned} (b) Since the integration is with respect to tt, the x3x^3 term can be moved outside the integral. That is: for the purposes of the integral, x3x^3 is a constant (although for the purposes of the derivative, it certainly is not).

F(x)=∫0xx3sin⁡(t) dt=x3∫0xsin⁡(t) dtUsing the product rule and the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,F′(x)=x3⋅sin⁡(x)+3x2∫0xsin⁡(t) dt=x3sin⁡(x)+3x2[−cos⁡(t)]t=0t=x=x3sin⁡(x)+3x2[−cos⁡(x)−(−cos⁡(0))]=x3sin⁡(x)+3x2[1−cos⁡(x)]\begin{aligned} F(x)&=\displaystyle\int_0^x x^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t = x^3 \int_0^x \sin(t)\ \mathrm{d}t \\ \text{Using the product rule and the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,} \\ F'(x)&=x^3\cdot \sin(x) + 3x^2 \int_0^x \sin(t)\ \mathrm{d}t\\ &=x^3\sin(x)+3x^2\left[-\cos(t)\right]_{t=0}^{t=x}\\ &=x^3\sin(x)+3x^2[-\cos(x)-(-\cos(0))]\\ &=x^3\sin (x) + 3x^2[1-\cos (x)] \end{aligned}

Remark: Since xx and tt play different roles in our problem, it's crucial that they have different names. This is one reason why we should avoid the common mistake of writing ∫axf(x)dx\int_a^x f(x)\mathrm{d}x when we mean ∫axf(t)dt\int_a^x f(t)\mathrm{d}t.

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