문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 적분 기법

적분 전략 고르기

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

CLP-2 · 1.13절 · 16번대학 수준우리말 번역

다음 적분의 값을 구하세요.

(a) ∫x log⁡x dx\displaystyle\int x\,\log x\ \mathrm{d}x (b) ∫(x−1) dxx2+4x+5\displaystyle\int\frac{(x-1)\,\mathrm{d}x}{x^2+4x+5} (c) ∫dxx2−4x+3\displaystyle\int\frac{\mathrm{d}x}{x^2-4x+3} (d) ∫x2 dx1+x6\displaystyle\int\frac{x^2\,\mathrm{d}x}{1+x^6}

영어 원문 보기

Evaluate the following integrals.

(a) ∫x log⁡x dx\displaystyle\int x\,\log x\ \mathrm{d}x (b) ∫(x−1) dxx2+4x+5\displaystyle\int\frac{(x-1)\,\mathrm{d}x}{x^2+4x+5} (c) ∫dxx2−4x+3\displaystyle\int\frac{\mathrm{d}x}{x^2-4x+3} (d) ∫x2 dx1+x6\displaystyle\int\frac{x^2\,\mathrm{d}x}{1+x^6}

정답·풀이 보기

(a) u=log⁡xu=\log x, dv=x dx\mathrm{d}v=x\,\mathrm{d}x 로 놓고 부분적분하면, du=dxx\mathrm{d}u=\frac{\mathrm{d}x}{x} 이고 v=12x2v=\tfrac{1}{2} x^2 이다.

∫x log⁡x dx=12x2log⁡x−12∫x2⋅1x dx=12x2log⁡x−14x2+C\begin{aligned} \int x\,\log x\ \mathrm{d}x= \frac{1}{2} x^2\log x- \frac{1}{2} \int x^2\cdot\frac{1}{x}\,\mathrm{d}x =\frac{1}{2} x^2\log x -\frac{1}{4} x^2+C \end{aligned}

(b) 분모가 더 이상 인수분해되지 않는 이차식이므로 부분분수로는 더 나아갈 수 없다. 분모가 이차식인 함수를 적분하려면, 분자를 나누어 한 부분은 uu-치환으로 계산하고 다른 부분은 아크탄젠트 꼴이 되게 한다.

∫(x−1)dxx2+4x+5=∫x+2−3x2+4x+5dx=12∫2x+4x2+4x+5dx−∫3x2+4x+5dx=12∫2x+4x2+4x+5dx−3∫1(x+2)2+1dx=12log⁡[x2+4x+5]−3arctan⁡(x+2)+C\begin{aligned} \int\frac{(x-1)\mathrm{d}x}{x^2+4x+5} &=\int\frac{x+2-3}{x^2+4x+5}\mathrm{d}x \\ &=\frac{1}{2}\int\frac{2x+4}{x^2+4x+5}\mathrm{d}x -\int\frac{3}{x^2+4x+5}\mathrm{d}x \\ &=\frac{1}{2}\int\frac{2x+4}{x^2+4x+5}\mathrm{d}x-3\int\frac{1}{(x+2)^2+1}\mathrm{d}x \\ &=\frac{1}{2} \log [x^2+4x+5] -3\arctan(x+2)+C \end{aligned}

마지막 단계에서는 부정적분을 추측하여 구해도 되고, 두 적분에 각각 u1=x2+4x+5u_1=x^2+4x+5 와 u2=x+2u_2=x+2 로 치환해도 된다.

(c) 부분분수를 이용한다.

1x2−4x+3=1(x−3)(x−1)=ax−3+bx−11=a(x−1)+b(x−3)\begin{aligned} \frac{1}{x^2-4x+3} &=\frac{1}{(x-3)(x-1)} =\frac{a}{x-3}+\frac{b}{x-1}\\ 1&=a(x-1)+b(x-3) \end{aligned}

x=3x=3 을 대입하면 a=12a=\frac{1}{2} 이다. x=1x=1 을 대입하면 b=−12b=-\frac{1}{2} 이다. 따라서

∫dxx2−4x+3=∫(1/2x−3−1/2x−1) dx=12log⁡∣x−3∣−12log⁡∣x−1∣+C\begin{aligned} \int\frac{\mathrm{d}x}{x^2-4x+3} =\int\Big(\frac{ 1/2}{x-3} -\frac{ 1/2}{x-1}\Big)\,\mathrm{d}x =\frac{1}{2}\log|x-3|-\frac{1}{2}\log|x-1|+C \end{aligned}

(d) y=x3y=x^3, dy=3x2 dx\mathrm{d}y=3x^2\,\mathrm{d}x 로 치환한다.

∫x2 dx1+x6=13∫dy1+y2=13arctan⁡y+C=13arctan⁡x3+C\begin{aligned} \int\frac{x^2\,\mathrm{d}x}{1+x^6}= \frac{1}{3} \int \frac{\mathrm{d}y}{1+y^2} = \frac{1}{3}\arctan y+C =\frac{1}{3}\arctan x^3 +C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a) Integrate by parts with u=log⁡xu=\log x and dv=x dx\mathrm{d}v=x\,\mathrm{d}x, so that du=dxx\mathrm{d}u=\frac{\mathrm{d}x}{x} and v=12x2v=\tfrac{1}{2} x^2.

∫x log⁡x dx=12x2log⁡x−12∫x2⋅1x dx=12x2log⁡x−14x2+C\begin{aligned} \int x\,\log x\ \mathrm{d}x= \frac{1}{2} x^2\log x- \frac{1}{2} \int x^2\cdot\frac{1}{x}\,\mathrm{d}x =\frac{1}{2} x^2\log x -\frac{1}{4} x^2+C \end{aligned}

(b) The denominator is an irreducible quadratic, so partial fractions can't get us any further. To integrate a function whose denominator is quadratic, we split the numerator up so that one piece can be evaluated with a uu-substitution, and the other piece looks like arctangent.

∫(x−1)dxx2+4x+5=∫x+2−3x2+4x+5dx=12∫2x+4x2+4x+5dx−∫3x2+4x+5dx=12∫2x+4x2+4x+5dx−3∫1(x+2)2+1dx=12log⁡[x2+4x+5]−3arctan⁡(x+2)+C\begin{aligned} \int\frac{(x-1)\mathrm{d}x}{x^2+4x+5} &=\int\frac{x+2-3}{x^2+4x+5}\mathrm{d}x \\ &=\frac{1}{2}\int\frac{2x+4}{x^2+4x+5}\mathrm{d}x -\int\frac{3}{x^2+4x+5}\mathrm{d}x \\ &=\frac{1}{2}\int\frac{2x+4}{x^2+4x+5}\mathrm{d}x-3\int\frac{1}{(x+2)^2+1}\mathrm{d}x \\ &=\frac{1}{2} \log [x^2+4x+5] -3\arctan(x+2)+C \end{aligned}

For the last step, you can guess the antiderivative, or use the substitutions u1=x2+4x+5u_1=x^2+4x+5 and u2=x+2u_2=x+2, respectively, for the two integrals.

(c) We use partial fractions.

1x2−4x+3=1(x−3)(x−1)=ax−3+bx−11=a(x−1)+b(x−3)\begin{aligned} \frac{1}{x^2-4x+3} &=\frac{1}{(x-3)(x-1)} =\frac{a}{x-3}+\frac{b}{x-1}\\ 1&=a(x-1)+b(x-3) \end{aligned}

Setting x=3x=3 gives a=12a=\frac{1}{2}. Setting x=1x=1 gives b=−12b=-\frac{1}{2}. So,

∫dxx2−4x+3=∫(1/2x−3−1/2x−1) dx=12log⁡∣x−3∣−12log⁡∣x−1∣+C\begin{aligned} \int\frac{\mathrm{d}x}{x^2-4x+3} =\int\Big(\frac{ 1/2}{x-3} -\frac{ 1/2}{x-1}\Big)\,\mathrm{d}x =\frac{1}{2}\log|x-3|-\frac{1}{2}\log|x-1|+C \end{aligned}

(d) Substitute y=x3y=x^3, dy=3x2 dx\mathrm{d}y=3x^2\,\mathrm{d}x.

∫x2 dx1+x6=13∫dy1+y2=13arctan⁡y+C=13arctan⁡x3+C\begin{aligned} \int\frac{x^2\,\mathrm{d}x}{1+x^6}= \frac{1}{3} \int \frac{\mathrm{d}y}{1+y^2} = \frac{1}{3}\arctan y+C =\frac{1}{3}\arctan x^3 +C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 2권 · 3.5절 · 30번우리말 번역

계산기 또는 컴퓨터 대수 시스템을 사용하여 다음 적분의 값을 구하세요.

[계산기 사용] ∫0π/4cos⁡(2x)dx{\int }_{0}^{\pi /4}\cos (2x)dx

다 풀었으면 정답 확인

0.5=120.5=\frac{1}{2}

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

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