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.

126문제 · 6 / 7쪽

101.APEX · 5.4절 · 37번우리말 번역

연습문제 35–40에서 주어진 구간에서 함수의 평균값을 구하세요.

구간 [0,4][0,4] 에서 y=xy=x

영어 원문 보기

In Exercises 35–40, find the average value of the function on the given interval.

y=xy=x on [0,4][0,4]

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# 미적분의 기본정리계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
102.APEX · 5.4절 · 38번우리말 번역

연습문제 35–40에서, 주어진 구간에서의 함수의 평균값을 구하세요.

구간 [0,4][0,4] 에서 y=x2y=x^2

영어 원문 보기

In Exercises 35–40, find the average value of the function on the given interval.

y=x2y=x^2 on [0,4][0,4]

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16/316/3

원본 교재 풀이(영어)

16/316/3

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5.3절 · 8번
# 미적분의 기본정리계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
103.APEX · 5.4절 · 39번우리말 번역

연습문제 35–40에서 주어진 구간에서 함수의 평균값을 구하세요.

[0,4][0,4] 에서 y=x3y=x^3

영어 원문 보기

In Exercises 35–40, find the average value of the function on the given interval.

y=x3y=x^3 on [0,4][0,4]

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# 미적분의 기본정리계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
104.APEX · 5.4절 · 40번우리말 번역

연습문제 35–40에서 주어진 구간에서 함수의 평균값을 구하세요.

[1,e][1,e] 에서 g(t)=1/tg(t) = 1/t

영어 원문 보기

In Exercises 35–40, find the average value of the function on the given interval.

g(t)=1/tg(t) = 1/t on [1,e][1,e]

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1/(e−1)1/(e-1)

원본 교재 풀이(영어)

1/(e−1)1/(e-1)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5장 복습 · 25번
# 미적분의 기본정리계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
105.APEX · 5.4절 · 55번우리말 번역

연습문제 55–58에서 F′(x)F'(x)를 구하세요.

F(x)=∫2x3+x1t dt\displaystyle F(x) = \int_2^{x^3+x} \frac{1}{t}\ dt

영어 원문 보기

In Exercises 55–58, find F′(x)F'(x).

F(x)=∫2x3+x1t dt\displaystyle F(x) = \int_2^{x^3+x} \frac{1}{t}\ dt

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F′(x)=(3x2+1)1x3+xF'(x) = (3x^2+1)\frac{1}{x^3+x}

원본 교재 풀이(영어)

F′(x)=(3x2+1)1x3+xF'(x) = (3x^2+1)\frac{1}{x^3+x}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 20번
# 미적분의 기본정리계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
106.APEX · 5.4절 · 56번우리말 번역

연습문제 55–58에서 F′(x)F'(x)를 구하세요.

F(x)=∫x30t3 dt\displaystyle F(x) = \int_{x^3}^{0} t^3\ dt

영어 원문 보기

In Exercises 55–58, find F′(x)F'(x).

F(x)=∫x30t3 dt\displaystyle F(x) = \int_{x^3}^{0} t^3\ dt

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F′(x)=−3x11F'(x) = -3x^{11}

원본 교재 풀이(영어)

F′(x)=−3x11F'(x) = -3x^{11}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기APEX · 5.4절 · 1번
# 미적분의 기본정리계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
107.APEX · 5.4절 · 57번우리말 번역

연습문제 55–58에서 F′(x)F'(x)를 구하세요.

F(x)=∫xx2(t+2) dt\displaystyle F(x) = \int_{x}^{x^2} (t+2)\ dt

영어 원문 보기

In Exercises 55–58, find F′(x)F'(x).

F(x)=∫xx2(t+2) dt\displaystyle F(x) = \int_{x}^{x^2} (t+2)\ dt

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F′(x)=2x(x2+2)−(x+2)F'(x) = 2x(x^2+2)-(x+2)

원본 교재 풀이(영어)

F′(x)=2x(x2+2)−(x+2)F'(x) = 2x(x^2+2)-(x+2)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 22번
# 미적분의 기본정리계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
108.APEX · 5.4절 · 58번우리말 번역

연습문제 55–58에서 F′(x)F'(x)를 구하세요.

F(x)=∫ln⁡xexsin⁡t dt\displaystyle F(x) = \int_{\ln x}^{e^x} \sin t\ dt

영어 원문 보기

In Exercises 55–58, find F′(x)F'(x).

F(x)=∫ln⁡xexsin⁡t dt\displaystyle F(x) = \int_{\ln x}^{e^x} \sin t\ dt

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F′(x)=exsin⁡(ex)−1/xsin⁡(ln⁡x)F'(x) = e^x\sin (e^x) - 1/x\sin(\ln x)

원본 교재 풀이(영어)

F′(x)=exsin⁡(ex)−1/xsin⁡(ln⁡x)F'(x) = e^x\sin (e^x) - 1/x\sin(\ln x)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5장 복습 · 7번
# 미적분의 기본정리계산자동 분류
APEX Calculus V5 CC BY-NC 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
109.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)
110.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)
111.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)
112.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)
113.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)
114.CLP-2 · 1.3절 · 20번우리말 번역

∫02(x3+sin⁡x) dx\displaystyle\int_0^2 \big(x^3+\sin x)\,\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫02(x3+sin⁡x) dx\displaystyle\int_0^2 \big(x^3+\sin x)\,\mathrm{d}x.

답 쓰고 채점
정답·풀이 보기

미적분학의 기본정리에 의해

∫02(x3+sin⁡x) dx=[x44−cos⁡x]02=(244−cos⁡2)−(0−cos⁡0)=4−cos⁡2+1=5−cos⁡2.\begin{aligned} \int_0^2 \big(x^3+\sin x)\,\mathrm{d}x &=\left[\frac{x^4}{4}-\cos x\right]_0^2\\ &=\left(\frac{2^4}{4}-\cos 2\right)-\left(0 -\cos 0\right) \\ &= 4-\cos2+1=5-\cos2. \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

By the Fundamental Theorem of Calculus,

∫02(x3+sin⁡x) dx=[x44−cos⁡x]02=(244−cos⁡2)−(0−cos⁡0)=4−cos⁡2+1=5−cos⁡2.\begin{aligned} \int_0^2 \big(x^3+\sin x)\,\mathrm{d}x &=\left[\frac{x^4}{4}-\cos x\right]_0^2\\ &=\left(\frac{2^4}{4}-\cos 2\right)-\left(0 -\cos 0\right) \\ &= 4-\cos2+1=5-\cos2. \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 1권 · 5장 복습 · 19번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
115.CLP-2 · 1.3절 · 22번우리말 번역

∫11+25x2dx\displaystyle\int \dfrac{1}{1+25x^2}\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫11+25x2dx\displaystyle\int \dfrac{1}{1+25x^2}\mathrm{d}x.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

피적분함수는 11+x2\dfrac{1}{1+x^2} 과 비슷한데, 이는 아크탄젠트의 도함수이다. 실제로 다음이 성립한다.

∫11+25x2dx=∫11+(5x)2dx. 따라서 부정적분을 처음에는 다음과 같이 추측해 볼 수 있다. F(x)=?arctan⁡(5x). 그런데 연쇄법칙 때문에 F′(x)=51+(5x)2. 분자를 “고치기" 위해 두 번째로 추측한다: F(x)=15arctan⁡(5x)F′(x)=15(51+(5x)2)=11+25x2따라서,∫11+25x2dx=15arctan⁡(5x)+C.\begin{aligned}\displaystyle\int \dfrac{1}{1+25x^2}\mathrm{d}x &= \int \dfrac{1}{1+(5x)^2}\mathrm{d}x. \\ \text{ 따라서 부정적분을 처음에는 다음과 같이 추측해 볼 수 있다. } \\ F(x) &\stackrel{?}{=} \arctan(5x). \\ \text{ 그런데 연쇄법칙 때문에 } \\ F'(x) &= \dfrac{5}{1+(5x)^2}. \\ \text{ 분자를 ``고치기" 위해 두 번째로 추측한다: } \\ F(x) &= \frac{1}{5}\arctan(5x)\\ F'(x) &= \dfrac{1}{5}\left(\dfrac{5}{1+(5x)^2}\right) = \dfrac{1}{1+25x^2}\\ \text{따라서,}\qquad \displaystyle\int \dfrac{1}{1+25x^2}\mathrm{d}x&=\frac{1}{5}\arctan(5x)+C. \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The integrand is similar to 11+x2\dfrac{1}{1+x^2}, which is the derivative of arctangent. Indeed, we have

∫11+25x2dx=∫11+(5x)2dx. So, a reasonable first guess for the antiderivative might be F(x)=?arctan⁡(5x). However, because of the chain rule, F′(x)=51+(5x)2. In order to “fix" the numerator, we make a second guess: F(x)=15arctan⁡(5x)F′(x)=15(51+(5x)2)=11+25x2So,∫11+25x2dx=15arctan⁡(5x)+C.\begin{aligned}\displaystyle\int \dfrac{1}{1+25x^2}\mathrm{d}x &= \int \dfrac{1}{1+(5x)^2}\mathrm{d}x. \\ \text{ So, a reasonable first guess for the antiderivative might be } \\ F(x) &\stackrel{?}{=} \arctan(5x). \\ \text{ However, because of the chain rule, } \\ F'(x) &= \dfrac{5}{1+(5x)^2}. \\ \text{ In order to ``fix" the numerator, we make a second guess: } \\ F(x) &= \frac{1}{5}\arctan(5x)\\ F'(x) &= \dfrac{1}{5}\left(\dfrac{5}{1+(5x)^2}\right) = \dfrac{1}{1+25x^2}\\ \text{So,}\qquad \displaystyle\int \dfrac{1}{1+25x^2}\mathrm{d}x&=\frac{1}{5}\arctan(5x)+C. \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 20번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
116.CLP-2 · 1.3절 · 23번우리말 번역

∫12−x2dx\displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫12−x2dx\displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

피적분함수는 11−x2\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}} 와 비슷하다. 부정적분을 추측하기 위해 분모에서 2\sqrt{2} 를 묶어 내자:

∫12−x2dx=∫12(1−x22)dx=∫121−x22dx=∫12⋅11−(x2)2dx이 시점에서 부정적분이 F(x)=arcsin⁡(x2) 와 같은 꼴일 것이라고 추측할 수 있다. 이 가능성을 확인하기 위해 미분하여 무엇을 얻는지 보자.ddx{arcsin⁡(x2)}=12⋅11−(x2)2이것은 우리가 원하는 바로 그 식이다! 따라서∫12−x2dx=arcsin⁡(x2)+C\begin{aligned} \displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x&= \displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2\left(1-\frac{x^2}{2}\right)}}\mathrm{d}x\\ &=\displaystyle\int \dfrac{1}{ \sqrt{2}\sqrt{1-\frac{x^2}{2}}}\mathrm{d}x\\ &= \int\frac{1}{\sqrt{2}}\cdot \dfrac{1}{ \sqrt{1-\left(\dfrac{x}{\sqrt2}\right)^2}}\mathrm{d}x\\ \\ \text{이 시점에서 부정적분이 $F(x) = \arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)$ 와 같은 꼴일 것이라고 추측할 수 있다. 이 가능성을 확인하기 위해 미분하여 무엇을 얻는지 보자.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)\right\}&=\frac{1}{\sqrt{2}}\cdot\dfrac{1}{\sqrt{1-\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)^2}} \\ \text{이것은 우리가 원하는 바로 그 식이다! 따라서} \\ \int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x&=\arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt2}\right)+C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The integrand is similar to 11−x2\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}}. In order to formulate a guess for the antiderivative, let's factor out 2\sqrt{2} from the denominator:

∫12−x2dx=∫12(1−x22)dx=∫121−x22dx=∫12⋅11−(x2)2dxAt this point, we might guess that our antiderivative is something like F(x)=arcsin⁡(x2). To explore this possibility, we can differentiate, and see what we get.ddx{arcsin⁡(x2)}=12⋅11−(x2)2This is exactly what we want! So,∫12−x2dx=arcsin⁡(x2)+C\begin{aligned} \displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x&= \displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2\left(1-\frac{x^2}{2}\right)}}\mathrm{d}x\\ &=\displaystyle\int \dfrac{1}{ \sqrt{2}\sqrt{1-\frac{x^2}{2}}}\mathrm{d}x\\ &= \int\frac{1}{\sqrt{2}}\cdot \dfrac{1}{ \sqrt{1-\left(\dfrac{x}{\sqrt2}\right)^2}}\mathrm{d}x\\ \\ \text{At this point, we might guess that our antiderivative is something like $F(x) = \arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)$. To explore this possibility, we can differentiate, and see what we get.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)\right\}&=\frac{1}{\sqrt{2}}\cdot\dfrac{1}{\sqrt{1-\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)^2}} \\ \text{This is exactly what we want! So,} \\ \int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x&=\arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt2}\right)+C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 22번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
117.CLP-2 · 1.3절 · 24번우리말 번역

∫tan⁡2x dx\displaystyle\int \tan^2 x \ \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫tan⁡2x dx\displaystyle\int \tan^2 x \ \mathrm{d}x.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

∫sec⁡2x dx=tan⁡x+C\int \sec^2 x\ \mathrm{d}x = \tan x +C 이고 sec⁡2x=tan⁡2x+1\sec^2x = \tan^2 x + 1 이므로

∫tan⁡2x dx=∫sec⁡2x−1 dx=∫sec⁡2x dx−∫1 dx=tan⁡x−x+C\begin{aligned} \int \tan^2 x\ \mathrm{d}x &= \int \sec^2x - 1 \ \mathrm{d}x\\ &=\int \sec^2 x \ \mathrm{d}x - \int 1 \ \mathrm{d}x\\ &=\tan x - x + C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

We know that ∫sec⁡2x dx=tan⁡x+C\int \sec^2 x\ \mathrm{d}x = \tan x +C, and sec⁡2x=tan⁡2x+1\sec^2x = \tan^2 x + 1, so

∫tan⁡2x dx=∫sec⁡2x−1 dx=∫sec⁡2x dx−∫1 dx=tan⁡x−x+C\begin{aligned} \int \tan^2 x\ \mathrm{d}x &= \int \sec^2x - 1 \ \mathrm{d}x\\ &=\int \sec^2 x \ \mathrm{d}x - \int 1 \ \mathrm{d}x\\ &=\tan x - x + C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 23번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
118.CLP-2 · 1.3절 · 25번우리말 번역

∫3sin⁡xcos⁡x dx\displaystyle\int 3 \sin x \cos x \ \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫3sin⁡xcos⁡x dx\displaystyle\int 3 \sin x \cos x \ \mathrm{d}x.

정답·풀이 보기
  • 풀이 1: 이 식은 언뜻 익숙한 함수의 도함수처럼 보이지는 않지만, 익숙한 삼각함수 항등식의 절반처럼 보인다. 2sin⁡xcos⁡x=sin⁡(2x)2\sin x \cos x = \sin(2x).

∫3sin⁡xcos⁡x dx=∫32⋅2sin⁡xcos⁡x dx=∫32sin⁡(2x) dx따라서 부정적분이 −cos⁡(2x) 와 비슷한 꼴일 것이라고 짐작할 수 있다. 상수만 정하면 된다.ddx{−cos⁡(2x)}=2sin⁡(2x)따라서,ddx{−34cos⁡(2x)}=32sin⁡(2x)그러므로,∫3sin⁡xcos⁡x dx=−34cos⁡(2x)+C\begin{aligned} \int 3 \sin x \cos x \ \mathrm{d}x&=\int \frac{3}{2}\cdot 2\sin x \cos x \ \mathrm{d}x\\ &=\int \frac{3}{2} \sin(2x)\ \mathrm{d}x \\ \text{따라서 부정적분이 $-\cos(2x)$ 와 비슷한 꼴일 것이라고 짐작할 수 있다. 상수만 정하면 된다.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{-\cos(2x)\}&=2\sin(2x)\\ \text{따라서,}\qquad \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{-\frac{3}{4}\cos(2x)\right\}&=\frac{3}{2}\sin(2x)\\ \text{그러므로,}\qquad \int 3\sin x \cos x\ \mathrm{d}x&=-\frac{3}{4}\cos(2x)+C \end{aligned}

  • 풀이 2: cos⁡x\cos x 가 sin⁡x\sin x 의 도함수이므로, 피적분함수가 연쇄 법칙에서 나온 식처럼 보인다는 점을 알아챌 수 있다. 이를 이용하여 부정적분을 구할 수 있다.

ddx{sin⁡2x}=2sin⁡xcos⁡xddx{32sin⁡2x}=3sin⁡xcos⁡x따라서,∫3sin⁡xcos⁡x dx=32sin⁡2x+C\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sin^2 x\right\}&=2\sin x \cos x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{3}{2}\sin^2 x\right\}&=3\sin x \cos x\\ \text{따라서,}\qquad \int 3\sin x \cos x \ \mathrm{d}x&=\frac{3}{2}\sin^2 x+C \end{aligned}

이 두 답은 서로 다르게 보인다. 항등식 cos⁡(2x)=1−2sin⁡2(x)\cos(2x)=1 - 2 \sin^2(x) 을 이용하면 두 답이 같음을 알 수 있다.

−34cos⁡(2x)+C=−34(1−2sin⁡2x)+C=32sin⁡2x+(C−34)\begin{aligned} -\frac{3}{4}\cos(2x)+C&= -\frac{3}{4}\left(1-2\sin^2x\right)+C\\ &=\frac{3}{2}\sin^2 x + \left(C-\frac{3}{4}\right) \end{aligned}

여기서 34\frac{3}{4} 은 중요하지 않다. CC 는 −∞-\infty 와 +∞+\infty 사이의 어떤 값이든 가질 수 있는 상수를 나타낸다는 것을 기억하자. 따라서 C−34C-\frac{3}{4} 도 −∞-\infty 와 +∞+\infty 사이의 어떤 값이든 가질 수 있는 상수일 뿐이다. 우리가 구한 두 답은 상수만큼 차이가 나므로 서로 같다.

원본 교재 풀이(영어)
  • Solution 1: This might not obviously look like the derivative of anything familiar, but it does look like half of a familiar trig identity: 2sin⁡xcos⁡x=sin⁡(2x)2\sin x \cos x = \sin(2x).

∫3sin⁡xcos⁡x dx=∫32⋅2sin⁡xcos⁡x dx=∫32sin⁡(2x) dxSo, we might guess that the antiderivative is something like −cos⁡(2x). We only need to figure out the constants.ddx{−cos⁡(2x)}=2sin⁡(2x)So,ddx{−34cos⁡(2x)}=32sin⁡(2x)Therefore,∫3sin⁡xcos⁡x dx=−34cos⁡(2x)+C\begin{aligned} \int 3 \sin x \cos x \ \mathrm{d}x&=\int \frac{3}{2}\cdot 2\sin x \cos x \ \mathrm{d}x\\ &=\int \frac{3}{2} \sin(2x)\ \mathrm{d}x \\ \text{So, we might guess that the antiderivative is something like $-\cos(2x)$. We only need to figure out the constants.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{-\cos(2x)\}&=2\sin(2x)\\ \text{So,}\qquad \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{-\frac{3}{4}\cos(2x)\right\}&=\frac{3}{2}\sin(2x)\\ \text{Therefore,}\qquad \int 3\sin x \cos x\ \mathrm{d}x&=-\frac{3}{4}\cos(2x)+C \end{aligned}

  • Solution 2: You might notice that the integrand looks like it came from the chain rule, since cos⁡x\cos x is the derivative of sin⁡x\sin x. Using this observation, we can work out the antideriative:

ddx{sin⁡2x}=2sin⁡xcos⁡xddx{32sin⁡2x}=3sin⁡xcos⁡xSo,∫3sin⁡xcos⁡x dx=32sin⁡2x+C\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sin^2 x\right\}&=2\sin x \cos x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{3}{2}\sin^2 x\right\}&=3\sin x \cos x\\ \text{So,}\qquad \int 3\sin x \cos x \ \mathrm{d}x&=\frac{3}{2}\sin^2 x+C \end{aligned}

These two answers look different. Using the identity cos⁡(2x)=1−2sin⁡2(x)\cos(2x)=1 - 2 \sin^2(x), we reconcile them:

−34cos⁡(2x)+C=−34(1−2sin⁡2x)+C=32sin⁡2x+(C−34)\begin{aligned} -\frac{3}{4}\cos(2x)+C&= -\frac{3}{4}\left(1-2\sin^2x\right)+C\\ &=\frac{3}{2}\sin^2 x + \left(C-\frac{3}{4}\right) \end{aligned}

The 34\frac{3}{4} here is not significant. Remember that CC is used to designate a constant that can take any value between −∞-\infty and +∞+\infty. So C−34C-\frac{3}{4} is also just a constant that can take any value between −∞-\infty and +∞+\infty. As the two answers we found differ by a constant, they are equivalent.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 24번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
119.CLP-2 · 1.3절 · 26번우리말 번역

∫cos⁡2x dx\displaystyle\int \cos^2 x \ \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫cos⁡2x dx\displaystyle\int \cos^2 x \ \mathrm{d}x.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

어떤 함수의 도함수가 cos⁡2x\cos^2 x 인지는 바로 알기 어렵지만, 항등식 cos⁡2x=1+cos⁡(2x)2\cos^2 x = \dfrac{1+\cos(2x)}{2} 를 이용하면 상황을 조금 더 분명하게 할 수 있다:

∫cos⁡2x dx=∫12⋅(1+cos⁡(2x)) dx=∫12 dx+∫12cos⁡(2x) dx=12x+C+∫12cos⁡(2x) dx나머지 적분에 대해서는 F(x)=sin⁡(2x) 와 같은 꼴을 짐작해 볼 수 있다. 알맞은 상수를 찾아보자:ddx{sin⁡(2x)}=2cos⁡(2x)ddx{14sin⁡(2x)}=12cos⁡(2x)따라서,∫12cos⁡(2x) dx=14sin⁡(2x)+C그러므로,∫cos⁡2x dx=12x+14sin⁡(2x)+C\begin{aligned} \int \cos^2 x \ \mathrm{d}x&=\int \frac{1}{2}\cdot \left(1+\cos(2x)\right)\ \mathrm{d}x\\ &=\int \frac{1}{2}\ \mathrm{d}x + \int \frac{1}{2}\cos(2x)\ \mathrm{d}x\\ &=\frac{1}{2}x + C+ \int \frac{1}{2}\cos(2x)\ \mathrm{d}x \\ \text{나머지 적분에 대해서는 $F(x) = \sin(2x)$ 와 같은 꼴을 짐작해 볼 수 있다. 알맞은 상수를 찾아보자:} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \sin(2x) \right\}&=2\cos(2x)\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \frac{1}{4}\sin(2x) \right\}&=\frac{1}{2}\cos(2x)\\ \text{따라서,}\qquad \int \frac{1}{2}\cos(2x)\ \mathrm{d}x &=\frac{1}{4}\sin(2x)+C\\ \text{그러므로,}\qquad \int \cos^2 x \ \mathrm{d}x&=\frac{1}{2}x+\frac{1}{4}\sin(2x)+C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

It's not immediately obvious which function has cos⁡2x\cos^2 x as its derivative, but we can make the situation a little clearer by using the identity cos⁡2x=1+cos⁡(2x)2\cos^2 x = \dfrac{1+\cos(2x)}{2}:

∫cos⁡2x dx=∫12⋅(1+cos⁡(2x)) dx=∫12 dx+∫12cos⁡(2x) dx=12x+C+∫12cos⁡(2x) dxFor the remaining integral, we might guess something like F(x)=sin⁡(2x). Let’s figure out the appropriate constant:ddx{sin⁡(2x)}=2cos⁡(2x)ddx{14sin⁡(2x)}=12cos⁡(2x)So,∫12cos⁡(2x) dx=14sin⁡(2x)+CTherefore,∫cos⁡2x dx=12x+14sin⁡(2x)+C\begin{aligned} \int \cos^2 x \ \mathrm{d}x&=\int \frac{1}{2}\cdot \left(1+\cos(2x)\right)\ \mathrm{d}x\\ &=\int \frac{1}{2}\ \mathrm{d}x + \int \frac{1}{2}\cos(2x)\ \mathrm{d}x\\ &=\frac{1}{2}x + C+ \int \frac{1}{2}\cos(2x)\ \mathrm{d}x \\ \text{For the remaining integral, we might guess something like $F(x) = \sin(2x)$. Let's figure out the appropriate constant:} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \sin(2x) \right\}&=2\cos(2x)\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{ \frac{1}{4}\sin(2x) \right\}&=\frac{1}{2}\cos(2x)\\ \text{So,}\qquad \int \frac{1}{2}\cos(2x)\ \mathrm{d}x &=\frac{1}{4}\sin(2x)+C\\ \text{Therefore,}\qquad \int \cos^2 x \ \mathrm{d}x&=\frac{1}{2}x+\frac{1}{4}\sin(2x)+C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 25번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)
120.CLP-2 · 1.3절 · 27번우리말 번역

만약

F(x)=∫0xlog⁡(2+sin⁡t) dt그리고G(y)=∫y0log⁡(2+sin⁡t) dtF(x)=\int_0^x \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t\quad\text{그리고}\quad G(y)=\int^0_y \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t

이면, F′(π2)F'\big(\frac{\pi}{2}\big) 와 G′(π2)G'\big(\frac{\pi}{2}\big) 를 구하세요.

영어 원문 보기

If

F(x)=∫0xlog⁡(2+sin⁡t) dtandG(y)=∫y0log⁡(2+sin⁡t) dtF(x)=\int_0^x \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t\quad\text{and}\quad G(y)=\int^0_y \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t

find F′(π2)F'\big(\frac{\pi}{2}\big) and G′(π2)G'\big(\frac{\pi}{2}\big).

정답·풀이 보기

미적분의 기본정리 제1부에 의해,

F′(x)=ddx∫0xlog⁡(2+sin⁡t) dt=log⁡(2+sin⁡x)G′(y)=ddy[−∫0ylog⁡(2+sin⁡t) dt]=−log⁡(2+sin⁡y)\begin{aligned} F'(x)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \int_0^x \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t &&=\log(2+\sin x) \\ G'(y)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}y}\bigg[- \int_0^y \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t\bigg] &&=-\log(2+\sin y) \\ \end{aligned}

따라서,

F′(π2)=log⁡3G′(π2)=−log⁡(3)F'\Big(\frac{\pi}{2}\Big)=\log 3\qquad G'\Big(\frac{\pi}{2}\Big)=-\log(3)

원본 교재 풀이(영어)

By the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,

F′(x)=ddx∫0xlog⁡(2+sin⁡t) dt=log⁡(2+sin⁡x)G′(y)=ddy[−∫0ylog⁡(2+sin⁡t) dt]=−log⁡(2+sin⁡y)\begin{aligned} F'(x)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x} \int_0^x \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t &&=\log(2+\sin x) \\ G'(y)&=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}y}\bigg[- \int_0^y \log(2+\sin t)\,\mathrm{d}t\bigg] &&=-\log(2+\sin y) \\ \end{aligned}

So,

F′(π2)=log⁡3G′(π2)=−log⁡(3)F'\Big(\frac{\pi}{2}\Big)=\log 3\qquad G'\Big(\frac{\pi}{2}\Big)=-\log(3)

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기CLP-2 · 1.3절 · 26번
# 미적분의 기본정리계산보통자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)