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 · 32번대학 수준우리말 번역

다음 값을 구하세요. ∫0.10.2tan⁡xlog⁡(cos⁡x) dx\displaystyle\int_{0.1}^{0.2} \frac{\tan x}{\log(\cos x)}\, \mathrm{d}x.

영어 원문 보기

Evaluate ∫0.10.2tan⁡xlog⁡(cos⁡x) dx\displaystyle\int_{0.1}^{0.2} \frac{\tan x}{\log(\cos x)}\, \mathrm{d}x.

정답·풀이 보기

∫0.10.2tan⁡xlog⁡(cos⁡x)dx\int_{0.1}^{0.2} \frac{\tan x}{\log(\cos x)} \mathrm{d}x

이 문제는 어떻게 풀어야 할지 바로 떠오르지 않을 수 있다. 그러므로 이것은 통하지 않는 방법을 찾았다고 낙담해서는 안 되는 적분의 또 다른 예이다. 지금까지 우리에게 효과가 있었던 방법 하나는 분모를 uu로 놓는 치환을 쓰는 것이다. 이를 염두에 두고 분모의 도함수를 구해 보자. ddx{log⁡(cos⁡x)}=1cos⁡x⋅(−sin⁡x)=−sin⁡xcos⁡x=−tan⁡x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\log(\cos x)\right\}= \frac{1}{\cos x}\cdot (-\sin x) = \frac{-\sin x}{\cos x} = -\tan x

따라서 u=log⁡(cos⁡xu=\log(\cos x)로 놓으면 −du=tan⁡xdx-\mathrm{d}u=\tan x \mathrm{d}x 이므로 치환에 쓸 수 있다.

∫0.10.2tan⁡xlog⁡(cos⁡x)dx=∫log⁡(cos⁡(0.1))log⁡(cos⁡(0.2))−duu=[−log⁡∣u∣]log⁡(cos⁡(0.1))log⁡(cos⁡(0.2))=−log⁡∣log⁡(cos⁡0.2)∣+log⁡∣log⁡(cos⁡0.1)∣=log⁡∣log⁡(cos⁡(0.1))log⁡(cos⁡(0.2))∣=log⁡(log⁡(cos⁡(0.1))log⁡(cos⁡(0.2)))\begin{aligned} \int_{0.1}^{0.2} \frac{\tan x}{\log(\cos x)} \mathrm{d}x&= \int_{\log(\cos(0.1))}^{\log(\cos(0.2))} \frac{-\mathrm{d}u}{u}\\ &=\Big[-\log|u|\Big]_{\log(\cos(0.1))}^{\log(\cos(0.2))} \\ &= -\log|\log(\cos 0.2)|+\log|\log(\cos 0.1)|\\ &={\log\left|\frac{\log(\cos(0.1))}{\log(\cos(0.2))}\right|}\\&= \log\left(\frac{\log(\cos(0.1))}{\log(\cos(0.2))}\right) \end{aligned}

주목할 점: 피적분함수는 log⁡(cos⁡x)\log(\cos x) 가 존재하고 0이 아닐 때에만 정의된다. 예를 들어 x=0x=0 일 때는 log⁡cos⁡x=log⁡1=0\log\cos x = \log1=0 이 되어 0으로 나눌 수 없으므로 정의되지 않는다.

마지막 정리에서 0.10.1 과 0.20.2 는 0과 π/2\pi/2 사이에 있으므로 코사인 값은 양수이면서 1보다 작다. 따라서 log⁡(cos⁡0.1)\log(\cos 0.1) 과 log⁡(cos⁡0.2)\log(\cos 0.2) 는 모두 음수이고, 그 몫은 양수이므로 절댓값 기호를 없앨 수 있다.

밑 변환 공식을 쓰면 최종 답을 log⁡(log⁡cos⁡(0.2)cos⁡(0.1))\log\left(\log_{\cos (0.2)}\cos(0.1)\right) 로도 나타낼 수 있다.

원본 교재 풀이(영어)

∫0.10.2tan⁡xlog⁡(cos⁡x)dx\int_{0.1}^{0.2} \frac{\tan x}{\log(\cos x)} \mathrm{d}x

It might not be immediately obvious how to proceed on this one, so this is another example of an integral where you should not be discouraged by finding methods that don't work. One thing that's worked for us in the past is to use a uu-substitution with the denominator. With that in mind, let's find the derivative of the denominator. ddx{log⁡(cos⁡x)}=1cos⁡x⋅(−sin⁡x)=−sin⁡xcos⁡x=−tan⁡x\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\log(\cos x)\right\}= \frac{1}{\cos x}\cdot (-\sin x) = \frac{-\sin x}{\cos x} = -\tan x

So, if we let u=log⁡(cos⁡xu=\log(\cos x), we see −du=tan⁡xdx-\mathrm{d}u=\tan x \mathrm{d}x, which will work for a substitution.

∫0.10.2tan⁡xlog⁡(cos⁡x)dx=∫log⁡(cos⁡(0.1))log⁡(cos⁡(0.2))−duu=[−log⁡∣u∣]log⁡(cos⁡(0.1))log⁡(cos⁡(0.2))=−log⁡∣log⁡(cos⁡0.2)∣+log⁡∣log⁡(cos⁡0.1)∣=log⁡∣log⁡(cos⁡(0.1))log⁡(cos⁡(0.2))∣=log⁡(log⁡(cos⁡(0.1))log⁡(cos⁡(0.2)))\begin{aligned} \int_{0.1}^{0.2} \frac{\tan x}{\log(\cos x)} \mathrm{d}x&= \int_{\log(\cos(0.1))}^{\log(\cos(0.2))} \frac{-\mathrm{d}u}{u}\\ &=\Big[-\log|u|\Big]_{\log(\cos(0.1))}^{\log(\cos(0.2))} \\ &= -\log|\log(\cos 0.2)|+\log|\log(\cos 0.1)|\\ &={\log\left|\frac{\log(\cos(0.1))}{\log(\cos(0.2))}\right|}\\&= \log\left(\frac{\log(\cos(0.1))}{\log(\cos(0.2))}\right) \end{aligned}

Things to notice: the integrand is only defined when log⁡(cos⁡x)\log(\cos x) exists AND is nonzero. So, for instance, it is not defined when x=0x=0, because then log⁡cos⁡x=log⁡1=0\log\cos x = \log1=0, and we can't divide by zero.

In the final simplification, since 0.10.1 and 0.20.2 are between 0 and π/2\pi/2, the cosine term is positive but less than one, so log⁡(cos⁡0.1)\log(\cos 0.1) and log⁡(cos⁡0.2)\log(\cos 0.2) are both negative; then their quotient is positive, so we can drop the absolute value signs.

Using the base change formula, we can also write the final answer as log⁡(log⁡cos⁡(0.2)cos⁡(0.1))\log\left(\log_{\cos (0.2)}\cos(0.1)\right).

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 1.13절 · 25번우리말 번역

다음 적분의 값을 구하세요. ∫3x2+4x+6(x+1)3 dx\displaystyle\int \frac{3x^2+4x+6}{(x+1)^3} \, \mathrm{d}x.

다 풀었으면 정답 확인

부분분수 분해를 이용하면 이 식을 다루기 쉬운 조각들로 나눌 수 있다. 분모에 일차식 인수가 중복되어 있으므로, 그 인수의 거듭제곱으로 상수를 나눈 꼴들의 합으로 분해할 수 있다.

3x2+4x+6(x+1)3=Ax+1+B(x+1)2+C(x+1)3=A(x+1)2+B(x+1)+C(x+1)3⇒    3x2+4x+6=A(x+1)2+B(x+1)+C=Ax2+(2A+B)x+(A+B+C)따라서 계수를 비교하면:A=3, 2A+B=4, 그리고 A+B+C=6A=3, B=−2, C=5그러므로:3x2+4x+6(x+1)3=3x+1+−2(x+1)2+5(x+1)3 이제 u=x+1, du=dx 로 치환하면 적분은 쉽다:∫3x2+4x+6(x+1)3dx=∫(3x+1+−2(x+1)2+5(x+1)3)dx=∫(3u−1−2u−2+5u−3)du=3log⁡∣u∣+2u−1−52u−2+C=3log⁡∣x+1∣+2x+1−52(x+1)2+C\begin{aligned} \frac{3x^2+4x+6}{(x+1)^3} &=\frac{A}{x+1}+\frac{B}{(x+1)^2}+\frac{C}{(x+1)^3}\\ &=\frac{A(x+1)^2+B(x+1)+C}{(x+1)^3}\\ \Rightarrow ~~~~ 3x^2+4x+6&=A(x+1)^2+B(x+1)+C\\ &=Ax^2+(2A+B)x+(A+B+C) \\ \text{따라서 계수를 비교하면:} \\ &A=3, ~2A+B=4,\text{ 그리고 } A+B+C=6\\ &A=3, ~B=-2,~C=5 \\ \text{그러므로:} \\ \frac{3x^2+4x+6}{(x+1)^3} &= \frac{ 3}{x+1}+\frac{ -2}{(x+1)^2}+\frac{ 5}{(x+1)^3} \\ \text{ 이제 $u=x+1$, $\mathrm{d}u=\mathrm{d}x$ 로 치환하면 적분은 쉽다:} \\ \int\frac{3x^2+4x+6}{(x+1)^3} \mathrm{d}x&= \int\left(\frac{3}{x+1}+\frac{-2}{(x+1)^2}+\frac{5}{(x+1)^3}\right)\mathrm{d}x\\ &=\int \left( 3u^{-1}-2u^{-2}+5u^{-3}\right)\mathrm{d}u\\ &=3\log|u|+2u^{-1}-\frac{5}{2} u^{-2}+C\\ &=3\log|x+1|+\frac{2}{x+1}-\frac{5}{2(x+1)^2}+C \end{aligned}

이 문제로 이어서 풀기
# 적분 전략 고르기계산도전자동 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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