부정적분 를 생각하세요.
(a) 얼핏 보면 피적분함수에 가 서로 다른 곳에 들어 있어서 이 피적분함수는 치환에 적합하지 않아 보일 수 있습니다. 그럼에도 합성함수 을 길잡이로 삼아 로 놓으세요. 와 를 각각 에 관한 식으로 나타내세요. (b) 주어진 에 관한 적분을 에 관한 새로운 적분으로 바꾸세요. (c) 임에 주목하고, 이제 곱셈을 전개하여 에 관한 피적분함수를 다시 쓸 수 있음을 이용하여 (b)의 적분을 계산하세요. (d) 두 적분 와 를 각각 계산하세요. 이 문제의 세 부정적분 사이의 공통점과, 각각에서 치환과 식의 대수적 변형이 하는 역할을 한 문단으로 쓰세요.
영어 원문 보기
Consider the indefinite integral .
(a) At first glance, this integrand may not seem suited to substitution due to the presence of in separate locations in the integrand. Nonetheless, using the composite function as a guide, let . Determine expressions for both and in terms of . (b) Convert the given integral in to a new integral in . (c) Evaluate the integral in (b) by noting that and observing that it is now possible to rewrite the integrand in by expanding through multiplication. (d) Evaluate each of the integrals and . Write a paragraph to discuss the similarities among the three indefinite integrals in this problem and the role of substitution and algebraic rearrangement in each.
정답·풀이 보기
(a) 로 놓으면 이고 따라서 이다. (b) (a)의 변수변환을 이용하면 (c) 임을 이용하여 전개하면 적분을 다음과 같이 계산할 수 있다. (d) 먼저 에서 로 놓으면 이고 이다. 이후의 과정은 (b)에서 한 것과 매우 비슷하다. 는 겉보기에는 매우 비슷해 보이지만 상황이 전혀 다르다. 로 놓으면 이므로, 함수와 그 도함수의 쌍이 나타나는 표준적인 꼴이 된다. 임에 주목하면 제곱근 안에 가 있고 제곱근 밖에 다항식이 있는 경우에는, 치환 를 이용하여 근호의 모양을 에서 로 바꿈으로써 피적분함수를 적분할 수 있는 식으로 바꿀 수 있다. 그다음 식을 전개하면 본질적으로 의 (분수) 거듭제곱들의 합인 식을 적분하게 된다. 반면 제곱근 안에 보다 높은 차수의 다항식(예: )이 있는 경우에는, 마지막 예에서처럼 그 다항식의 도함수(상수배는 무관)가 제곱근 밖에 있어야 적분할 수 있으므로, 그러한 행운이 따라 주어야 할 가능성이 크다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) Letting , we find that and thus . (b) Using the change of variables in (a), (c) Using the fact that and distributing, we can evaluate the integral as follows: (d) First, for , we let so that and . From there, our work is very similar to what we did in (b): For , despite the fact that the integral looks remarkably similar, the situation is quite different. We observe that with , it follows , so we have a standard function-derivative pair. Noting that , it follows that In the situation where we have under a square root and a polynomial outside the square root, the substitution will allow us to convert the integrand into an expression we can integrate by changing the form of the radical from to . From there we are able to distribute and integrate an expression that is essentially a sum of (fractional) powers of . In the situation where a polynomial of degree higher than (such as ) is under the radical, we likely have to be fortunate enough to have the derivative of said polynomial (up to a constant) outside the radical in order to be able to integrate, as we were in the last example.
한 번 더 — 비슷한 문제Active Calculus · 5.3절 · 13번우리말 번역
부정적분 를 생각하세요.
(a) 치환 가 주어진 적분의 값을 구하는 데 도움이 되지 않는 이유를 설명하세요. (b) 기본 삼각함수 항등식 을 떠올려 보세요. 임을 관찰하여, 기본 삼각함수 항등식을 이용해 피적분함수를 와 또 다른 함수의 곱으로 다시 쓰세요. (c) 치환 가 (b)의 적분의 값을 구하는 데 이제 가능한 방법이 되는 이유를 설명하세요. (d) (a)~(c)의 풀이 과정을 이용하여 부정적분 의 값을 구하세요. (e) 비슷한 방법을 이용하여 의 값을 구하세요.
다 풀었으면 정답 확인
(a) 라 하면 이다. 피적분함수에 코사인 함수가 없으므로, 적분을 값을 구할 수 있는 꼴로 바꾸는 데 필요한 함수와 그 도함수의 쌍이 존재하지 않는다. (b) 기본 삼각함수 항등식에서 이므로 (c) (b)에서 이고, 이 적분에는 , 에 대응하는 함수와 그 도함수의 쌍이 있다. (d) 이 치환을 이용하여 얻은 적분의 값을 구하면 (e) 이므로, , 즉 로 놓으면