연습문제 55–58에서 를 구하세요.
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In Exercises 55–58, find .
문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 적분
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.
167문제 · 8 / 9쪽
연습문제 55–58에서 를 구하세요.
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함수 에 대하여, 을 만족시키는 부정적분 를 구하세요.
For the function , find its antiderivative that satisfies .
먼저 의 부정적분을 구해 보자.
따라서 의 부정적분은 이다. 을 만족시키려면 다음이 성립해야 한다. (기호 는 “필요충분조건이다”라고 읽는다. 이는 수학에서 두 명제가 논리적으로 동치임을 나타내는 데 쓰인다. 더 정확히 말하면, 명제 는 가 참일 때마다 가 참이고 가 참일 때마다 가 참이라는 뜻이다.)
따라서 이다.
First, let's find a general antiderivative of .
So, the general antiderivative of is . To satisfy , we need (The symbol 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 tells us that is true whenever is true and is true whenever is true.)
So .
참 또는 거짓: 의 부정적분은 이다 (여기서 는 밑이 인 로그를 뜻한다).
True or false: an antiderivative of is (where by we mean logarithm base ).
이런 생각이 들기 쉽다:
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.
This is a tempting thought:
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.
참 또는 거짓: 의 부정적분은 이다.
True or false: an antiderivative of is .
이렇게 해 보고 싶어진다:
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.
This is tempting:
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.
라 하자. 에 대한 의 순간변화율을 구하세요.
Suppose . What is the instantaneous rate of change of with respect to ?
“ 에 대한 의 순간변화율”은 “”를 달리 표현한 말이다. 미적분학의 기본정리 제1부에 의해 이 값은 이다.
“The instantaneous rate of change of with respect to " is another way of saying “". From the Fundamental Theorem of Calculus Part 1, we know this is .
라 하자. 일 때 의 접선의 기울기를 구하세요.
Suppose . What is the slope of the tangent line to when ?
일 때 의 접선의 기울기는 바로 이다. 미적분학의 기본정리 제1부에 의해 이다. 따라서 이다.
The slope of the tangent line to when is exactly . By the Fundamental Theorem of Calculus Part 1, . Then .
라 하자. 의 서로 다른 부정적분 두 개를 구하세요.
Suppose . Give two different antiderivatives of .
임의의 상수 에 대해 는 의 부정적분이다. 왜냐하면 이기 때문이다. 따라서 예를 들어 와 은 모두 의 부정적분이다.
For any constant , is an antiderivative of , because . So, for example, and are both antiderivatives of .
미적분학의 기본정리 제2부를 이용하여 다음 적분의 값을 구하거나, 적용할 수 없는 이유를 설명하세요.
(a) . (b) . (c) .
Evaluate the following integrals using the Fundamental Theorem of Calculus Part 2, or explain why it does not apply.
(a) . (b) . (c) .
(a) 의 부정적분은 이고, 는 모든 곳에서 연속이므로 . (b) 는 에서 불연속이므로, 에는 미적분학의 기본정리 제2부를 적용할 수 없다. (c) 은 에서 불연속이므로, 에는 미적분학의 기본정리 제2부를 적용할 수 없다.
(a) The antiderivative of is , and is continuous everywhere, so . (b) Since is discontinuous at , the Fundamental Theorem of Calculus Part 2 does not apply to . (c) Since is discontinuous at , the Fundamental Theorem of Calculus Part 2 does not apply to .
의 값을 구하세요.
Evaluate .
미적분학의 기본정리에 의해
By the Fundamental Theorem of Calculus,
의 값을 구하세요.
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
피적분함수는 과 비슷한데, 이는 아크탄젠트의 도함수이다. 실제로 다음이 성립한다.
The integrand is similar to , which is the derivative of arctangent. Indeed, we have
의 값을 구하세요.
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
피적분함수는 와 비슷하다. 부정적분을 추측하기 위해 분모에서 를 묶어 내자:
The integrand is similar to . In order to formulate a guess for the antiderivative, let's factor out from the denominator:
의 값을 구하세요.
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
의 값을 구하세요.
Evaluate .
이 두 답은 서로 다르게 보인다. 항등식 을 이용하면 두 답이 같음을 알 수 있다.
여기서 은 중요하지 않다. 는 와 사이의 어떤 값이든 가질 수 있는 상수를 나타낸다는 것을 기억하자. 따라서 도 와 사이의 어떤 값이든 가질 수 있는 상수일 뿐이다. 우리가 구한 두 답은 상수만큼 차이가 나므로 서로 같다.
These two answers look different. Using the identity , we reconcile them:
The here is not significant. Remember that is used to designate a constant that can take any value between and . So is also just a constant that can take any value between and . As the two answers we found differ by a constant, they are equivalent.
의 값을 구하세요.
Evaluate .
부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요
어떤 함수의 도함수가 인지는 바로 알기 어렵지만, 항등식 를 이용하면 상황을 조금 더 분명하게 할 수 있다:
It's not immediately obvious which function has as its derivative, but we can make the situation a little clearer by using the identity :
만약
이면, 와 를 구하세요.
If
find and .
미적분의 기본정리 제1부에 의해,
따라서,
By the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,
So,
라고 하자. 가 증가하는 구간을 모두 구하세요.
Let . Find the interval(s) on which is increasing.
미적분의 기본정리 제1부분에 의해,
일 때마다 는 증가하고 은 항상 보다 엄밀하게 크므로, 가 증가하는 것은 일 때, 그리고 그때에 한한다. 이는 과 의 부호가 같을 때, 그리고 그때에 한해 성립한다. 이면 둘 다 양수이고 이면 둘 다 음수이다. 따라서 는 일 때와 일 때 증가한다.
참고: 미적분의 기본정리를 쓰지 않아도, 는 1부터 까지 곡선 아래의 넓이이므로, 곡선이 축 위에 있을 때는 (양의 넓이를 더하므로) 가 증가하고, 곡선이 축 아래에 있을 때는 (음의 넓이를 더하므로) 감소한다.
By the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,
As is increasing whenever and is always strictly bigger than , we have increasing if and only if , which is the case if and only if and are of the same sign. Both are positive when and both are negative when . So is increasing when and when .
Remark: even without the Fundamental Theorem of Calculus, since is the area under a curve from 1 to , is increasing when the curve is above the -axis (because we're adding positive area), and it's decreasing when the curve is below the -axis (because we're adding negative area).
일 때, 를 구하세요.
Find if .
의 양변에 를 적용하면, 미적분의 기본정리 제1부에 의해 이다.
Applying to both sides of gives, by the Fundamental Theorem of Calculus Part 1, .