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 · 26번대학 수준우리말 번역

∫1x2+x+1 dx\displaystyle\int\frac{1}{x^2+x+1}\,\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫1x2+x+1 dx\displaystyle\int\frac{1}{x^2+x+1}\,\mathrm{d}x.

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부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

분모가 x2+1x^2+1 이라면 부정적분은 아크탄젠트가 될 것이다. 그러므로 완전제곱식을 이용하여, 어떤 uu 에 대해 분수가 1u2+1\dfrac{1}{u^2+1} 꼴이 되도록 하자. 이는 상수 아래에 있는 기약 이차식을 적분할 때 좋은 방법이다.

첫째: 완전제곱식을 만든다∫1x2+x+1dx=∫1x2+x+14+34dx=∫1(x+12)2+34dx둘째: 분모를 u2+1 꼴로 만든다. 이를 위해 상수를 조정해야 한다=∫(1(x+12)2+34)(4343)dx=43∫143⋅(x+12)2+1dx이제 분모의 앞부분을 다시 어떤 것의 제곱 꼴로 만들기 위해 살짝 고친다:=43∫1(23x+13)2+1dx이제 u=23x+13, du=23dx 로 놓으면 됨을 알 수 있다=43∫1u2+1⋅32du=23∫1u2+1du=23arctan⁡u+C=23arctan⁡(23x+13)+C\begin{aligned} \\ \text{첫째: 완전제곱식을 만든다} \\ \int\frac{1}{x^2+x+1}\mathrm{d}x&= \int\frac{1}{x^2+x+\frac{1}{4}+\frac{3}{4}}\mathrm{d}x = \int\frac{1}{\left(x+\frac{1}{2}\right)^2+\frac{3}{4}}\mathrm{d}x \\ \text{둘째: 분모를 $u^2+1$ 꼴로 만든다. 이를 위해 상수를 조정해야 한다} \\ &=\int\left(\frac{1}{\left(x+\frac{1}{2}\right)^2+\frac{3}{4}}\right)\left(\frac{\frac{4}{3}}{\frac{4}{3}}\right)\mathrm{d}x\\ &=\frac{4}{3}\int\frac{1}{\frac{4}{3}\cdot\left(x+\frac{1}{2}\right)^2+1}\mathrm{d}x \\ \text{이제 분모의 앞부분을 다시 어떤 것의 제곱 꼴로 만들기 위해 살짝 고친다:} \\ &=\frac{4}{3}\int\frac{1}{\left(\frac{2}{\sqrt{3}}x+\frac{1}{\sqrt{3}}\right)^2+1}\mathrm{d}x \\ \text{이제 $u=\dfrac{2}{\sqrt{3}}x+\dfrac{1}{\sqrt{3}}$, $\mathrm{d}u=\dfrac{2}{\sqrt3}\mathrm{d}x$ 로 놓으면 됨을 알 수 있다} \\ &=\frac{4}{3}\int\frac{1}{u^2+1}\cdot\frac{\sqrt{3}}{2}\mathrm{d}u =\frac{2}{\sqrt3}\int\frac{1}{u^2+1}\mathrm{d}u\\ &=\frac{2}{\sqrt3}\arctan u +C\\ &=\frac{2}{\sqrt3}\arctan\left(\frac{2}{\sqrt3}x+\frac{1}{\sqrt3}\right) +C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

If the denominator were x2+1x^2+1, the antiderivative would be arctangent. So, by completing the square, let's aim for the fraction to look like 1u2+1\dfrac{1}{u^2+1}, for some uu. This is a good strategy for integrating an irreducible quadratic under a constant.

First: complete the square∫1x2+x+1dx=∫1x2+x+14+34dx=∫1(x+12)2+34dxSecond: get the denominator in the form u2+1. To do this, we need to fix the constant=∫(1(x+12)2+34)(4343)dx=43∫143⋅(x+12)2+1dxNow a quick wiggle to make that first part of the denominator into something squared again:=43∫1(23x+13)2+1dxNow we see that u=23x+13, du=23dx will do the job=43∫1u2+1⋅32du=23∫1u2+1du=23arctan⁡u+C=23arctan⁡(23x+13)+C\begin{aligned} \\ \text{First: complete the square} \\ \int\frac{1}{x^2+x+1}\mathrm{d}x&= \int\frac{1}{x^2+x+\frac{1}{4}+\frac{3}{4}}\mathrm{d}x = \int\frac{1}{\left(x+\frac{1}{2}\right)^2+\frac{3}{4}}\mathrm{d}x \\ \text{Second: get the denominator in the form $u^2+1$. To do this, we need to fix the constant} \\ &=\int\left(\frac{1}{\left(x+\frac{1}{2}\right)^2+\frac{3}{4}}\right)\left(\frac{\frac{4}{3}}{\frac{4}{3}}\right)\mathrm{d}x\\ &=\frac{4}{3}\int\frac{1}{\frac{4}{3}\cdot\left(x+\frac{1}{2}\right)^2+1}\mathrm{d}x \\ \text{Now a quick wiggle to make that first part of the denominator into something squared again:} \\ &=\frac{4}{3}\int\frac{1}{\left(\frac{2}{\sqrt{3}}x+\frac{1}{\sqrt{3}}\right)^2+1}\mathrm{d}x \\ \text{Now we see that $u=\dfrac{2}{\sqrt{3}}x+\dfrac{1}{\sqrt{3}}$, $\mathrm{d}u=\dfrac{2}{\sqrt3}\mathrm{d}x$ will do the job} \\ &=\frac{4}{3}\int\frac{1}{u^2+1}\cdot\frac{\sqrt{3}}{2}\mathrm{d}u =\frac{2}{\sqrt3}\int\frac{1}{u^2+1}\mathrm{d}u\\ &=\frac{2}{\sqrt3}\arctan u +C\\ &=\frac{2}{\sqrt3}\arctan\left(\frac{2}{\sqrt3}x+\frac{1}{\sqrt3}\right) +C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 1.13절 · 30번우리말 번역

∫0π/2cos⁡t+1 dt\displaystyle\int_0^{\pi/2}\sqrt{\cos t+1}\ \mathrm{d}t 의 값을 구하세요.

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다 풀었으면 정답 확인

제곱근이 없었으면 좋겠다. 다행히 코사인을 코사인의 제곱으로 바꾸는 방법이 있다. 바로 항등식 cos⁡(2x)=2cos⁡2x−1\cos(2x) = 2\cos^2x -1 이다. 2x=t2x=t 로 놓으면 cos⁡t=2cos⁡2(t/2)−1\cos t = 2\cos^2(t/2)-1 이다.

∫0π/2cos⁡t+1 dt=∫0π/22cos⁡2(t/2) dt=2∫0π/2∣cos⁡(t/2)∣ dt구간 [0,π2] 에서 cos⁡(t/2)>0 이므로 절댓값 기호를 없앨 수 있다.=2∫0π/2cos⁡(t/2) dt=2[2sin⁡(t2)]0π/2=22sin⁡(π4)=2\begin{aligned} \int_0^{\pi/2}\sqrt{\cos t+1}\ \mathrm{d}t&=\int_0^{\pi/2}\sqrt{2\cos^2 (t/2)}~\mathrm{d}t = \sqrt{2}\int_0^{\pi/2} |\cos (t/2)|~\mathrm{d}t \\ \text{구간 $[0,\frac{\pi}{2}]$ 에서 $\cos (t/2) >0$ 이므로 절댓값 기호를 없앨 수 있다.} \\ &= \sqrt{2}\int_0^{\pi/2} \cos (t/2)~\mathrm{d}t = \sqrt{2}\left[2\sin\left(\frac{t}{2}\right)\right]_0^{\pi/2}\\ &=2\sqrt{2}\sin\left(\frac{\pi}{4}\right) = {2} \end{aligned}

이 문제로 이어서 풀기
# 적분 전략 고르기계산보통자동 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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