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 · 36번대학 수준우리말 번역

∫01e2xeex dx\displaystyle\int_0^1e^{2x}e^{e^x}\,\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

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Evaluate ∫01e2xeex dx\displaystyle\int_0^1e^{2x}e^{e^x}\,\mathrm{d}x.

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치환 u=exu=e^x 을 사용하자. 이것이 좋은 선택이라고 생각할 만한 이유가 몇 가지 있다. 이것은 “안쪽 함수”이다. f(x)=exf(x)=e^x 라 하면 f(ex)=eexf(e^x)=e^{e^x} 이고, 이는 피적분함수의 일부이기 때문이다. 또 e2x=ex⋅exe^{2x}=e^x\cdot e^x 이므로, 그 도함수 exe^x 가 피적분함수의 나머지 부분에 곱해져 있다.

u=exu=e^x 라 하면 du=exdx\mathrm{d}u = e^x\mathrm{d}x 이다. x=0x=0 일 때 u=1u=1 이고, x=1x=1 일 때 u=eu=e 이다.

∫01e2xeexdx=∫01exeexexdx=∫1eueu du이제 더 익숙한 꼴이다. dv=eu du, v=eu 으로 놓고 부분적분을 사용한다. 마침 치환에서 도입한 “u"를 부분적분의 “u"로 그대로 쓰면 되므로, 변수의 이름을 바꿀 필요가 없다.=[ueu]1e−∫1eeu du=e⋅ee−e−ee+e=ee(e−1)\begin{aligned} \displaystyle\int_0^1e^{2x}e^{e^x}\mathrm{d}x &= \int_0^1e^{x}e^{e^x}e^x\mathrm{d}x =\int_1^e ue^u~\mathrm{d}u \\ \text{이제 더 익숙한 꼴이다. $\mathrm{d}v = e^u~\mathrm{d}u$, $v=e^u$ 으로 놓고 부분적분을 사용한다. 마침 치환에서 도입한 ``$u$"를 부분적분의 ``$u$"로 그대로 쓰면 되므로, 변수의 이름을 바꿀 필요가 없다.} \\ &=\big[ue^u\big]_1^e - \int_1^e e^u~\mathrm{d}u\\ &=e\cdot e^e-e-e^e+e=e^e(e-1) \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

Let's use the substitution u=exu=e^x. There are a few reasons to think this is a good choice. It's an “inside function," in that if we let f(x)=exf(x)=e^x, then f(ex)=eexf(e^x)=e^{e^x}, which is a piece of our integrand. Also its derivative, exe^x, is multiplied by the rest of the integrand, since e2x=ex⋅exe^{2x}=e^x\cdot e^x .

Let u=exu=e^x, du=exdx\mathrm{d}u = e^x\mathrm{d}x. When x=0x=0, u=1u=1, and when x=1x=1, u=eu=e.

∫01e2xeexdx=∫01exeexexdx=∫1eueu duThis is more familiar. We use integration by parts with dv=eu du, v=eu. Conveniently, the “u" we brought in with the substitution is what we want to use for the “u" in integration by parts, so we don’t have to change the names of our variables.=[ueu]1e−∫1eeu du=e⋅ee−e−ee+e=ee(e−1)\begin{aligned} \displaystyle\int_0^1e^{2x}e^{e^x}\mathrm{d}x &= \int_0^1e^{x}e^{e^x}e^x\mathrm{d}x =\int_1^e ue^u~\mathrm{d}u \\ \text{This is more familiar. We use integration by parts with $\mathrm{d}v = e^u~\mathrm{d}u$, $v=e^u$. Conveniently, the ``$u$" we brought in with the substitution is what we want to use for the ``$u$" in integration by parts, so we don't have to change the names of our variables.} \\ &=\big[ue^u\big]_1^e - \int_1^e e^u~\mathrm{d}u\\ &=e\cdot e^e-e-e^e+e=e^e(e-1) \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 1.13절 · 4번우리말 번역

∫0∞x−1ex dx\displaystyle\int_0^\infty \dfrac{x-1}{e^x}~\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

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먼저, 이 적분은 이상적분임에 주목한다. 따라서 위끝을 문자로 바꾸고 극한을 취해야 한다. 다음으로, 부정적분을 구해야 한다. 피적분함수는 지수함수 e−xe^{-x} 와 다항식 x−1x-1 의 곱이므로, u=x−1u=x-1, dv=e−xdu\mathrm{d}v=e^{-x}\mathrm{d}u, du=dx\mathrm{d}u=\mathrm{d}x, v=−e−xv = -e^{-x} 로 놓고 부분적분을 한다.

∫x−1ex dx=−(x−1)e−x+∫e−x dx=−(x−1)e−x−e−x+C=−xe−x+C따라서,∫0∞x−1ex dx=lim⁡b→∞∫0bx−1ex dx=lim⁡b→∞[−xex]0b=lim⁡b→∞[−beb⏟num→∞den→∞]=(∗)lim⁡b→∞−1eb=0\begin{aligned} \int \dfrac{x-1}{e^x}~\mathrm{d}x&=-(x-1)e^{-x} + \int e^{-x}~\mathrm{d}x \\&=-(x-1)e^{-x} -e^{-x}+C =-xe^{-x}+C\\ \text{따라서,}\qquad\int_0^\infty \dfrac{x-1}{e^x}~\mathrm{d}x & = \lim_{b \to \infty}\int_0^b \dfrac{x-1}{e^x}~\mathrm{d}x\\ & = \lim_{b \to \infty}\left[-\frac{x}{e^x}\right]_0^b = \lim_{b \to \infty}\bigg[-\underbrace{\frac{b}{e^b}}_{\genfrac{}{}{0in}{}{\mathrm{num}\to\infty}{\mathrm{den}\to\infty}}\bigg]\\ & \stackrel{(*)}{=} \lim_{b \to \infty}-\frac{1}{e^b}=0 \end{aligned}

(∗* 로 표시한 등식에서는 로피탈 정리를 사용하였다.)

따라서 ∫0∞x−1ex dx=0\displaystyle\int_0^\infty \dfrac{x-1}{e^x}~\mathrm{d}x=0 이다.

참고: 이로부터 흥미롭게도 ∫0∞xex dx=∫0∞1ex dx\displaystyle\int_0^\infty \dfrac{x}{e^x}~\mathrm{d}x=\displaystyle\int_0^\infty \dfrac{1}{e^x}~\mathrm{d}x 임을 알 수 있다.

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# 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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