문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅱ · 적분법

정적분과 급수(구분구적법)

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

CLP-2 · 1.1절 · 37번우리말 번역

(a) lim⁡n→∞∑i=1n2n4−(−2+2in)2\lim_{n\rightarrow\infty} \sum_{i=1}^n\frac{2}{n}\sqrt{4-\left(-2+\frac{2i}{n}\right)^2}

을 정적분으로 나타내세요.

(b) (a)의 적분의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

(a) Express

lim⁡n→∞∑i=1n2n4−(−2+2in)2\lim_{n\rightarrow\infty} \sum_{i=1}^n\frac{2}{n}\sqrt{4-\left(-2+\frac{2i}{n}\right)^2}

as a definite integal.

(b) Evaluate the integral of part (a).

정답·풀이 보기
  • 풀이 1: xi∗=−2+2inx_i^*=-2+\frac{2i}{n} 로 놓자. 그러면 a=x0=−2a=x_0=-2, b=xn=0b=x_n=0 이고 Δx=2n\Delta x=\frac{2}{n} 이다. 따라서

lim⁡n→∞∑i=1n2n4−(−2+2in)2=lim⁡n→∞∑i=1nf(xi∗)Δx with f(x)=4−x2 and Δx=2n =∫−204−x2  dx\begin{aligned} \lim_{n\rightarrow\infty} \sum_{i=1}^n\frac{2}{n}\sqrt{4-\left(-2+\frac{2i}{n}\right)^2} &= \lim_{n\rightarrow\infty} \sum_{i=1}^n f(x_i^*)\Delta x\qquad \text{ with $f(x) = \sqrt{4-x^2}$ and $\Delta x = \frac{2}{n}$ } \\ &=\int_{-2}^0 \sqrt{4-x^2}\,\,\mathrm{d}x \end{aligned}

적분 ∫−204−x2  dx\int_{-2}^0 \sqrt{4-x^2}\,\,\mathrm{d}x 에서 y=4−x2y=\sqrt{4-x^2} 은 x2+y2=4x^2+y^2=4, y≥0y\ge 0 과 같다. 따라서 이 적분은 원 x2+y2=4x^2+y^2=4 (반지름이 22 이다)의 위쪽 반원과 −2≤x≤0-2\le x\le 0 에서의 xx축 사이의 넓이를 나타내며, 이는 넓이가 14⋅π 22=π\frac{1}{4}\cdot \pi\, 2^2 = \pi 인 사분원이다.

그림

  • 풀이 2: xi∗=2inx_i^*=\frac{2i}{n} 로 놓자. 그러면 a=x0=0a=x_0=0, b=xn=2b=x_n=2 이고 Δx=2n\Delta x=\frac{2}{n} 이다. 따라서

lim⁡n→∞∑i=1n2n4−(−2+2in)2=lim⁡n→∞∑i=1nf(xi∗)Δx with f(x)=4−(−2+x)2, Δx=2n =∫024−(−2+x)2  dx\begin{aligned} \lim_{n\rightarrow\infty} \sum_{i=1}^n\frac{2}{n}\sqrt{4-\left(-2+\frac{2i}{n}\right)^2} &= \lim_{n\rightarrow\infty} \sum_{i=1}^n f(x_i^*)\Delta x\quad \text{ with $f(x) = \sqrt{4-(-2+x)^2}$, $\Delta x = \frac{2}{n}$ } \\ &=\int_0^2 \sqrt{4-(-2+x)^2}\,\,\mathrm{d}x \end{aligned}

적분 ∫024−(−2+x)2  dx\int_{0}^2 \sqrt{4-(-2+x)^2}\,\,\mathrm{d}x 에서 y=4−(x−2)2y=\sqrt{4-(x-2)^2} 은 (x−2)2+y2=4(x-2)^2+y^2=4, y≥0y\ge 0 과 같다. 따라서 이 적분은 원 (x−2)2+y2=4(x-2)^2+y^2=4 (중심이 (2,0)(2,0) 이고 반지름이 22 이다)의 위쪽 반원과 0≤x≤20\le x\le 2 에서의 xx축 사이의 넓이를 나타내며, 이는 넓이가 14⋅π 22=π\frac{1}{4}\cdot \pi\, 2^2 = \pi 인 사분원이다.

그림

원본 교재 풀이(영어)
  • Solution #1: Set xi∗=−2+2inx_i^*=-2+\frac{2i}{n}. Then a=x0=−2a=x_0=-2 and b=xn=0b=x_n=0 and Δx=2n\Delta x=\frac{2}{n}. So

lim⁡n→∞∑i=1n2n4−(−2+2in)2=lim⁡n→∞∑i=1nf(xi∗)Δx with f(x)=4−x2 and Δx=2n =∫−204−x2  dx\begin{aligned} \lim_{n\rightarrow\infty} \sum_{i=1}^n\frac{2}{n}\sqrt{4-\left(-2+\frac{2i}{n}\right)^2} &= \lim_{n\rightarrow\infty} \sum_{i=1}^n f(x_i^*)\Delta x\qquad \text{ with $f(x) = \sqrt{4-x^2}$ and $\Delta x = \frac{2}{n}$ } \\ &=\int_{-2}^0 \sqrt{4-x^2}\,\,\mathrm{d}x \end{aligned}

For the integral ∫−204−x2  dx\int_{-2}^0 \sqrt{4-x^2}\,\,\mathrm{d}x, y=4−x2y=\sqrt{4-x^2} is equivalent to x2+y2=4x^2+y^2=4, y≥0y\ge 0. So the integral represents the area between the upper half of the circle x2+y2=4x^2+y^2=4 (which has radius 22) and the xx-axis with −2≤x≤0-2\le x\le 0, which is a quarter circle with area 14⋅π 22=π\frac{1}{4}\cdot \pi\, 2^2 = \pi.

figure

  • Solution #2: Set xi∗=2inx_i^*=\frac{2i}{n}. Then a=x0=0a=x_0=0 and b=xn=2b=x_n=2 and Δx=2n\Delta x=\frac{2}{n}. So

lim⁡n→∞∑i=1n2n4−(−2+2in)2=lim⁡n→∞∑i=1nf(xi∗)Δx with f(x)=4−(−2+x)2, Δx=2n =∫024−(−2+x)2  dx\begin{aligned} \lim_{n\rightarrow\infty} \sum_{i=1}^n\frac{2}{n}\sqrt{4-\left(-2+\frac{2i}{n}\right)^2} &= \lim_{n\rightarrow\infty} \sum_{i=1}^n f(x_i^*)\Delta x\quad \text{ with $f(x) = \sqrt{4-(-2+x)^2}$, $\Delta x = \frac{2}{n}$ } \\ &=\int_0^2 \sqrt{4-(-2+x)^2}\,\,\mathrm{d}x \end{aligned}

For the integral ∫024−(−2+x)2  dx\int_{0}^2 \sqrt{4-(-2+x)^2}\,\,\mathrm{d}x , y=4−(x−2)2y=\sqrt{4-(x-2)^2} is equivalent to (x−2)2+y2=4(x-2)^2+y^2=4, y≥0y\ge 0. So the integral represents the area between the upper half of the circle (x−2)2+y2=4(x-2)^2+y^2=4 (which is centered at (2,0)(2,0) and has radius 22) and the xx-axis with 0≤x≤20\le x\le 2, which is a quarter circle with area 14⋅π 22=π\frac{1}{4}\cdot \pi\, 2^2 = \pi.

figure

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 1권 · 5.1절 · 3번우리말 번역

다음 문제에서 정수의 거듭제곱의 합에 관한 공식을 사용하여 합을 계산하세요.

∑i=510i2\sum_{i=5}^{10}{i}^{2}

다 풀었으면 정답 확인

385−30=355385-30=355

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# 정적분과 급수(구분구적법)계산도전자동 분류
CLP-2 Integral Calculus CC BY-NC-SA 4.0우리말 번역: 빌드라인 스쿨 — AI 번역·자동 검토(원문과 같은 조건)

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