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 · 39번대학 수준우리말 번역

aa 와 nn 이 상수일 때, ∫x(x+a)n dx\displaystyle\int x(x+a)^n~\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫x(x+a)n dx\displaystyle\int x(x+a)^n~\mathrm{d}x, where aa and nn are constants.

정답·풀이 보기

모르는 지수 때문에 겁이 난다면, 더 쉬운 경우에는 이것이 어떤 모양인지 생각해 보자. nn 이 0 이상의 정수이면 피적분함수는 다항식이다. 그리 무섭지 않다. 다만 전개하기가 조금 복잡하다. (매우 편리한 이항정리를 이용하여 전개할 수 있다.) 더 쉬운 방법을 생각해 보자.

이항식 x+ax+a 대신 문자 xx 만 nn 제곱되어 있다면 더 좋을 것이다. 그러므로 치환 u=x+au=x+a, du=dx\mathrm{d}u=\mathrm{d}x 를 이용하자. 이때 x=u−ax=u-a 임에 주의한다.

∫x(x+a)n dx=∫(u−a)un dx=∫(un+1−aun) du이제 n≠−1 이고 n≠−2 이면 거듭제곱 법칙을 그대로 쓸 수 있다:=u(n+2)n+2−aun+1n+1+C=(x+a)(n+2)n+2−a(x+a)n+1n+1+Cn=−1 이면∫x(x+a)n dx=∫(un+1−aun) du=∫(1−au) du=u−alog⁡∣u∣+C=(x+a)−alog⁡∣x+a∣+Cn=−2 이면∫x(x+a)n dx=∫(un+1−aun) du=∫(1u−au−2) du=log⁡∣u∣+au+C=log⁡∣x+a∣+ax+a+C종합하면,∫x(x+a)n dx={(x+a)(n+2)n+2−a(x+a)n+1n+1+C 조건: n≠−1,−2(x+a)−alog⁡∣a+x∣+C 조건: n=−1log⁡∣x+a∣+ax+a+C 조건: n=−2\begin{aligned} \int x(x+a)^n~\mathrm{d}x&=\int (u-a)u^n~\mathrm{d}x = \int \big(u^{n+1}-au^n\big)~\mathrm{d}u \\ \text{이제 $n\neq -1$ 이고 $n \neq -2$ 이면 거듭제곱 법칙을 그대로 쓸 수 있다:} \\ &=\frac{u^{(n+2)}}{n+2}-a\frac{u^{n+1}}{n+1}+C\\ &=\frac{(x+a)^{(n+2)}}{n+2}-a\frac{(x+a)^{n+1}}{n+1}+C \\ \text{$n=-1$ 이면} \\ \int x(x+a)^n~\mathrm{d}x&=\int \big(u^{n+1}-au^n\big)~\mathrm{d}u =\int \left(1 - \frac{a}{u}\right)~\mathrm{d}u \\&= u - a\log|u|+C = (x+a)-a\log|x+a|+C \\ \text{$n=-2$ 이면} \\ \int x(x+a)^n~\mathrm{d}x&=\int \big(u^{n+1}-au^n\big)~\mathrm{d}u=\int\left( \frac{1}{u} - au^{-2}\right)~\mathrm{d}u \\& = \log|u| + \frac{a}{u}+C= \log|x+a| + \frac{a}{x+a}+C \\ \text{종합하면,} \\ \int x(x+a)^n~\mathrm{d}x&=\begin{cases} \frac{(x+a)^{(n+2)}}{n+2}-a\frac{(x+a)^{n+1}}{n+1}+C&\text{ 조건: } n \neq -1,-2\\ (x+a)-a\log|a+x|+C & \text{ 조건: } n=-1\\ \log|x+a| +\frac{a}{x+a}+C& \text{ 조건: } n=-2 \end{cases} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

If the unknown exponent gives you the jitters, think about what this looks like in easier cases. If nn is a whole number, the integrand is a polynomial. Not so scary, right? However, it's a little complicated to expand. (You can do it using the very handy binomial theorem.) Let's think of an easier way.

If we had simply the variable xx raised to the power nn, rather than the binomial x+ax+a, that might be nicer. So, let's use the substitution u=x+au=x+a, du=dx\mathrm{d}u=\mathrm{d}x. Note x=u−ax=u-a.

∫x(x+a)n dx=∫(u−a)un dx=∫(un+1−aun) duNow, if n≠−1 and n≠−2, we can just use the power rule:=u(n+2)n+2−aun+1n+1+C=(x+a)(n+2)n+2−a(x+a)n+1n+1+CIf n=−1, then∫x(x+a)n dx=∫(un+1−aun) du=∫(1−au) du=u−alog⁡∣u∣+C=(x+a)−alog⁡∣x+a∣+CIf n=−2, then∫x(x+a)n dx=∫(un+1−aun) du=∫(1u−au−2) du=log⁡∣u∣+au+C=log⁡∣x+a∣+ax+a+CAll together,∫x(x+a)n dx={(x+a)(n+2)n+2−a(x+a)n+1n+1+C if n≠−1,−2(x+a)−alog⁡∣a+x∣+C if n=−1log⁡∣x+a∣+ax+a+C if n=−2\begin{aligned} \int x(x+a)^n~\mathrm{d}x&=\int (u-a)u^n~\mathrm{d}x = \int \big(u^{n+1}-au^n\big)~\mathrm{d}u \\ \text{Now, if $n\neq -1$ and $n \neq -2$, we can just use the power rule:} \\ &=\frac{u^{(n+2)}}{n+2}-a\frac{u^{n+1}}{n+1}+C\\ &=\frac{(x+a)^{(n+2)}}{n+2}-a\frac{(x+a)^{n+1}}{n+1}+C \\ \text{If $n=-1$, then} \\ \int x(x+a)^n~\mathrm{d}x&=\int \big(u^{n+1}-au^n\big)~\mathrm{d}u =\int \left(1 - \frac{a}{u}\right)~\mathrm{d}u \\&= u - a\log|u|+C = (x+a)-a\log|x+a|+C \\ \text{If $n=-2$, then} \\ \int x(x+a)^n~\mathrm{d}x&=\int \big(u^{n+1}-au^n\big)~\mathrm{d}u=\int\left( \frac{1}{u} - au^{-2}\right)~\mathrm{d}u \\& = \log|u| + \frac{a}{u}+C= \log|x+a| + \frac{a}{x+a}+C \\ \text{All together,} \\ \int x(x+a)^n~\mathrm{d}x&=\begin{cases} \frac{(x+a)^{(n+2)}}{n+2}-a\frac{(x+a)^{n+1}}{n+1}+C&\text{ if } n \neq -1,-2\\ (x+a)-a\log|a+x|+C & \text{ if } n=-1\\ \log|x+a| +\frac{a}{x+a}+C& \text{ if } n=-2 \end{cases} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 2권 · 3.5절 · 6번우리말 번역

적분표를 이용하여 다음 적분의 값을 구하세요.

∫x⋅2x2dx\int x\cdot {2}^{{x}^{2}}dx

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

다 풀었으면 정답 확인

2x2−1ln⁡2+C\frac{{2}^{{x}^{2}-1}}{\ln 2}+C

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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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