문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 적분

정적분의 뜻과 성질

먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.

Active Calculus · 4.3절 · 12번우리말 번역

f(x)=3−x2f(x) = 3 - x^2 이고 g(x)=2x2g(x) = 2x^2 이라 하자.

(a) 구간 [−1,1][-1,1] 에서 y=f(x)y = f(x) 의 그래프를 이름을 붙여 그리고, [−1,1][-1,1] 에서 y=f(x)y = f(x) 로 유계인 정확한 넓이를 값으로 갖는 정적분을 쓰세요. (b) 구간 [−1,1][-1,1] 에서 y=g(x)y = g(x) 의 그래프를 이름을 붙여 그리고, [−1,1][-1,1] 에서 y=g(x)y = g(x) 로 유계인 정확한 넓이를 값으로 갖는 정적분을 쓰세요. (c) [−1,1][-1,1] 에서 y=f(x)y = f(x) 와 y=g(x)y = g(x) 사이에 있는 영역의 정확한 넓이를 값으로 갖는, 정적분의 차를 포함한 식을 쓰세요. (d) (c)에서 쓴 식이 하나의 적분 ∫−11[f(x)−g(x)] dx\int_{-1}^1 [f(x) - g(x)] \, dx 와 같은 값을 갖는 이유를 설명하세요. (e) 일반적으로 [a,b][a,b] 의 모든 xx 에 대해 p(x)≥q(x)p(x) \ge q(x) 이면, y=p(x)y = p(x) 와 y=q(x)y = q(x) 사이의 정확한 넓이가 다음과 같이 주어지는 이유를 설명하세요. ∫ab[p(x)−q(x)] dx .\int_a^b [p(x) - q(x)] \, dx\,.

영어 원문 보기

Let f(x)=3−x2f(x) = 3 - x^2 and g(x)=2x2g(x) = 2x^2.

(a) On the interval [−1,1][-1,1], sketch a labeled graph of y=f(x)y = f(x) and write a definite integral whose value is the exact area bounded by y=f(x)y = f(x) on [−1,1][-1,1]. (b) On the interval [−1,1][-1,1], sketch a labeled graph of y=g(x)y = g(x) and write a definite integral whose value is the exact area bounded by y=g(x)y = g(x) on [−1,1][-1,1]. (c) Write an expression involving a difference of definite integrals whose value is the exact area that lies between y=f(x)y = f(x) and y=g(x)y = g(x) on [−1,1][-1,1]. (d) Explain why your expression in (c) has the same value as the single integral ∫−11[f(x)−g(x)] dx\int_{-1}^1 [f(x) - g(x)] \, dx. (e) Explain why, in general, if p(x)≥q(x)p(x) \ge q(x) for all xx in [a,b][a,b], the exact area between y=p(x)y = p(x) and y=q(x)y = q(x) is given by ∫ab[p(x)−q(x)] dx .\int_a^b [p(x) - q(x)] \, dx\,.

정답·풀이 보기

(a) f(x)f(x) 는 [−1,1][-1,1] 에서 양수이므로, 주어진 구간에서 이 함수와 xx축으로 유계인 넓이는 A1=∫−11(3−x2) dxA_1 = \int_{-1}^{1} (3-x^2) \, dx 이다. 함수와 영역의 그래프는 아래와 같다. 이 그림에 대체 텍스트를 추가하세요. (b) 마찬가지로 g(x)g(x) 는 [−1,1][-1,1] 에서 양수이므로, 주어진 구간에서 이 함수와 xx축으로 유계인 넓이는 A2=∫−112x2 dxA_2 = \int_{-1}^{1} 2x^2 \, dx 이다. 함수와 영역의 그래프는 아래와 같다. 이 그림에 대체 텍스트를 추가하세요. (c) 위의 두 그림에서 두 곡선 사이의 정확한 넓이는 ff 아래의 넓이(A1A_1)에서 gg 아래의 넓이(A2A_2)를 뺀 것임을 알 수 있다. 즉, A1−A2=∫−11(3−x2) dx−∫−112x2 dx .A_1 - A_2 = \int_{-1}^{1} (3-x^2) \, dx - \int_{-1}^{1} 2x^2 \, dx\,. (d) 같은 구간에서의 정적분의 합 법칙에 의해 다음이 성립한다. ∫−11(3−x2) dx−∫−112x2 dx=∫−11[(3−x2)−2x2] dx\int_{-1}^{1} (3-x^2) \, dx - \int_{-1}^{1} 2x^2 \, dx = \int_{-1}^{1} [ (3-x^2) - 2x^2 ] \, dx 따라서 오른쪽의 하나의 적분은 [−1,1][-1,1] 에서 두 곡선 사이의 정확한 넓이를 나타낸다. (e) 일반적으로 [a,b][a,b] 에서 p(x)≥q(x)p(x) \ge q(x) 이면, 이 구간에서 pp 와 qq 사이의 정확한 넓이 AA 는 다음과 같이 주어진다. A=∫ab[p(x)−q(x)] dxA = \int_a^b [p(x) - q(x)] \, dx 왜냐하면 이 넓이는 pp 아래의 넓이(∫abp(x) dx\int_a^b p(x) \, dx)와 qq 아래의 넓이(∫abq(x) dx\int_a^b q(x) \, dx)의 차로 구할 수 있고, (d)에서 보인 것처럼 두 정적분을 빼서 하나로 나타낼 수 있기 때문이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) Since f(x)f(x) is positive on [−1,1][-1,1], the area bounded by the function and xx-axis on the given interval is A1=∫−11(3−x2) dxA_1 = \int_{-1}^{1} (3-x^2) \, dx. A sketch of the function and region is shown below. ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE (b) Likewise, because g(x)g(x) is positive on [−1,1][-1,1], the area bounded by the function and xx-axis on the given interval is A2=∫−112x2 dxA_2 = \int_{-1}^{1} 2x^2 \, dx. A sketch of the function and region is shown below. ADD ALT TEXT TO THIS IMAGE (c) From the above two figures, we see that the exact area between the two curves is the area under ff (A1A_1) minus the area under gg (A2A_2). That is, A1−A2=∫−11(3−x2) dx−∫−112x2 dx .A_1 - A_2 = \int_{-1}^{1} (3-x^2) \, dx - \int_{-1}^{1} 2x^2 \, dx\,. (d) By the sum rule for definite integrals over the same interval, we know that ∫−11(3−x2) dx−∫−112x2 dx=∫−11[(3−x2)−2x2] dx\int_{-1}^{1} (3-x^2) \, dx - \int_{-1}^{1} 2x^2 \, dx = \int_{-1}^{1} [ (3-x^2) - 2x^2 ] \, dx and thus the latter single integral captures the exact area between the two curves on [−1,1][-1,1]. (e) In general, if p(x)≥q(x)p(x) \ge q(x) on [a,b][a,b], the exact area, AA, between pp and qq on the interval will be given by A=∫ab[p(x)−q(x)] dxA = \int_a^b [p(x) - q(x)] \, dx because we can find the area as the difference of the area under pp (∫abp(x) dx\int_a^b p(x) \, dx) and the area under qq (∫abq(x) dx\int_a^b q(x) \, dx), and then subtract the two definite integrals as shown in (d).

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 1권 · 5.2절 · 40번우리말 번역

다음 연습문제에서, ∫01xdx=12,∫01x2dx=13{\int }_{0}^{1}xdx=\frac{1}{2},{\int }_{0}^{1}{x}^{2}dx=\frac{1}{3} 이고 ∫01x3dx=14{\int }_{0}^{1}{x}^{3}dx=\frac{1}{4}, 임이 주어졌을 때, 적분값을 구하세요.

∫01(1−x+x2−x3)dx{\int }_{0}^{1}(1-x+{x}^{2}-{x}^{3})dx

다 풀었으면 정답 확인

1−12+13−14=7121-\frac{1}{2}+\frac{1}{3}-\frac{1}{4}=\frac{7}{12}

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# 정적분의 뜻과 성질그래프·표 해석자동 분류
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