유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.
126문제 · 7 / 7쪽
121.CLP-2 · 1.3절 · 28번우리말 번역
f(x)=∫1x100(t2−3t+2)e−t2dt 라고 하자.
f 가 증가하는 구간을 모두 구하세요.
영어 원문 보기
Let f(x)=∫1x100(t2−3t+2)e−t2dt.
Find the interval(s) on which f is increasing.
정답·풀이 보기
미적분의 기본정리 제1부분에 의해,
f′(x)=100(x2−3x+2)e−x2=100(x−1)(x−2)e−x2
f′(x)>0 일 때마다 f(x) 는 증가하고 100e−x2 은 항상 0 보다 엄밀하게 크므로,
f(x) 가 증가하는 것은 (x−1)(x−2)>0 일 때, 그리고 그때에 한한다. 이는 (x−1) 과 (x−2) 의 부호가 같을 때, 그리고 그때에 한해 성립한다. x>2 이면 둘 다 양수이고 x<1 이면 둘 다 음수이다. 따라서 f(x) 는
−∞<x<1 일 때와 2<x<∞ 일 때 증가한다.
참고: 미적분의 기본정리를 쓰지 않아도, f(x) 는 1부터 x 까지 곡선 아래의 넓이이므로, 곡선이 x 축 위에 있을 때는 (양의 넓이를 더하므로) f(x) 가 증가하고, 곡선이 x 축 아래에 있을 때는 (음의 넓이를 더하므로) 감소한다.
원본 교재 풀이(영어)
By the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,
f′(x)=100(x2−3x+2)e−x2=100(x−1)(x−2)e−x2
As f(x) is increasing whenever f′(x)>0 and 100e−x2
is always strictly bigger than 0,
we have f(x) increasing if and only if (x−1)(x−2)>0, which
is the case if and only if (x−1) and (x−2) are of the same
sign. Both are positive when x>2 and both are negative when
x<1. So f(x) is increasing when
−∞<x<1 and when 2<x<∞.
Remark: even without the Fundamental Theorem of Calculus, since f(x) is the area under a curve from 1 to x, f(x) is increasing when the curve is above the x-axis (because we're adding positive area), and it's decreasing when the curve is below the x-axis (because we're adding negative area).
Two students calculate ∫f(x)dx for some function f(x).
Student A calculates ∫f(x)dx=tan2x+x+C
Student B calculates ∫f(x)dx=sec2x+x+C
It is a fact that dxd{tan2x}=f(x)−1
Who ended up with the correct answer?
정답·풀이 보기
“+C”는 함수에 임의의 상수를 더할 수 있다는 뜻임을 기억하자. tan2x=sec2x−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.
dxd{tan2x+x+C}=dxd{tan2x}+1+0=f(x)−1+1=f(x)
따라서 학생 A의 답은 실제로 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" means that we can add any constant to the function. Since tan2x=sec2x−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:
dxd{tan2x+x+C}=dxd{tan2x}+1+0=f(x)−1+1=f(x)
So, Student A's answer is indeed an anditerivative of 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!
F(3)미적분의기본정리제2부를이용하면,=∫0333sin(t)dt=27∫03sintdt=27[−cost]t=0t=3=27[−cos3−(−cos0)]=27(1−cos3)
(b) 적분이 t 에 대한 것이므로 x3 항은 적분 밖으로 꺼낼 수 있다. 즉, 적분을 할 때에는 x3 이 상수이다(미분을 할 때에는 분명히 상수가 아니지만).
참고: 이 문제에서 x 와 t 는 서로 다른 역할을 하므로 서로 다른 이름을 쓰는 것이 매우 중요하다. 이것이 ∫axf(t)dt 를 뜻하면서 ∫axf(x)dx 라고 쓰는 흔한 실수를 피해야 하는 이유 중 하나이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) When x=3,
F(3)Using the Fundamental Theorem of Calculus Part 2,=∫0333sin(t)dt=27∫03sintdt=27[−cost]t=0t=3=27[−cos3−(−cos0)]=27(1−cos3)
(b) Since the integration is with respect to t, the x3 term can be moved outside the integral. That is: for the purposes of the integral, x3 is a constant (although for the purposes of the derivative, it certainly is not).
F(x)Using the product rule and the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,F′(x)=∫0xx3sin(t)dt=x3∫0xsin(t)dt=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)]
Remark: Since x and t 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 when we mean ∫axf(t)dt.
(a) 구간 [2,5] 에서 f 와 x축으로 둘러싸인 영역의 부호 있는 넓이의 합을 정확한 값으로 구하세요.
(b) 구간 [0,5] 에서 f 의 평균값을 정확한 값으로 구하세요.
(c) 위의 f 의 정의를 5≤x≤7 일 때 f(x)=g(x) 가 되도록 확장했을 때 ∫07f(x)dx=0 이 성립하도록 하는, 5≤x≤7 에서의 함수 g 의 식을 구하세요.
(a) Determine the exact value of the net signed area enclosed by f and the x-axis on the interval [2,5].
(b) Compute the exact average value of f on [0,5].
(c) Find a formula for a function g on 5≤x≤7 so that if we extend the above definition of f so that f(x)=g(x) if 5≤x≤7, it follows that ∫07f(x)dx=0.
정답·풀이 보기
(a) 구간 [2,5] 에서 f 와 x축으로 둘러싸인 영역의 부호 있는 넓이의 합은 ∫25f(x)dx 이다. 아래 그림은 구간 [0,5] 에서 f 의 그래프를 나타낸 것이다. 구간 [2,5] 에서 f 의 정적분을 계산하기 위해 부분구간 [2,3] 과 [3,5] 에서의 적분을 생각한다. 이렇게 하고 미적분의 기본정리를 이용하면
∫25f(x)dx=∫23f(x)dx+∫35f(x)dx=∫23−x+3dx+∫35x2−8x+15dx=(−21x2+3x)23+(31x3−4x2+15x)35=(29−4)+(350−18)=6127−22=−65.
(b) 구간 [0,5] 에서 f 의 평균값을 구하려면 먼저
∫05f(x)dx 를 계산해야 한다. (a)의 결과를 이용하고 부분구간 [0,2] 와 [2,5] 를 생각하면
∫05f(x)dx=∫02f(x)dx+∫25f(x)dx=∫02−x2+2x+1dx−65=(−31x3+x2+x)02−65=310−65=25. 따라서 구간 [0,5] 에서 f 의 평균값은
fAVG[0,5]=5−01∫05f(x)dx=(51)(25)=21.
(c) ∫05f(x)dx=25 이므로, f 와 같으면서 [5,7] 에서도 정의되어 ∫57g(x)dx=−25 를 만족하는 함수 g 가 필요하다. 연속성을 유지하기 위해 g(5)=0 도 만족하도록 g 의 식을 택한다. 그래프가 둘러싸는 넓이가 5/2 단위가 되는 일차함수를 고르는 것이 자연스러우며, 이는 기울기의 크기가 5/4 인 함수이다. 확인을 위해 계산하면
∫57−45(x−5)dx=−(45)(2x2−5x)57=−(45)(249−25−5(7−5))=−(45)(12−10)=−(45)(2)=−25. 따라서 0≤x<5 에서 g(x)=f(x) 이고 5≤x≤7 에서 g(x)=−45(x−5) 로 정의한 g 는 원하는 성질을 가진다. g 의 그래프는 아래 그림과 같다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) The net signed area enclosed by f and the x-axis on the interval [2,5] is ∫25f(x)dx. The figure below shows a graph of f on the interval [0,5]. To calculate the definite integral of f on the interval [2,5], we consider the integrals on the subintervals [2,3] and [3,5]. Doing so and using the Fundamental Theorem of Calculus,
∫25f(x)dx=∫23f(x)dx+∫35f(x)dx=∫23−x+3dx+∫35x2−8x+15dx=(−21x2+3x)23+(31x3−4x2+15x)35=(29−4)+(350−18)=6127−22=−65.
(b) To find the average value of f on [0,5] we need to first calculate
∫05f(x)dx. Using our work in (a) and considering the subintervals [0,2] and [2,5],
∫05f(x)dx=∫02f(x)dx+∫25f(x)dx=∫02−x2+2x+1dx−65=(−31x3+x2+x)02−65=310−65=25. Therefore, the average value of f on [0,5] is
fAVG[0,5]=5−01∫05f(x)dx=(51)(25)=21.
(c) Since ∫05f(x)dx=25, we need a function g that matches f but that is also defined on [5,7] so that ∫57g(x)dx=−25. To preserve continuity, we will choose a formula for g that also satisfies g(5)=0. It's natural to pick a linear function whose graph encloses 5/2 units of area, so one that has a slope of 5/4. To check, we compute
∫57−45(x−5)dx=−(45)(2x2−5x)57=−(45)(249−25−5(7−5))=−(45)(12−10)=−(45)(2)=−25. So g defined so that g(x)=f(x) for 0≤x<5 and g(x)=−45(x−5) on 5≤x≤7 has the desired property. A graph of g is shown in the figure below.