문제 은행 · 미적분 · 미적분Ⅰ · 적분

미적분의 기본정리

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

CLP-2 · 1.3절 · 23번우리말 번역

∫12−x2dx\displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫12−x2dx\displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x.

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부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

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피적분함수는 11−x2\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}} 와 비슷하다. 부정적분을 추측하기 위해 분모에서 2\sqrt{2} 를 묶어 내자:

∫12−x2dx=∫12(1−x22)dx=∫121−x22dx=∫12⋅11−(x2)2dx이 시점에서 부정적분이 F(x)=arcsin⁡(x2) 와 같은 꼴일 것이라고 추측할 수 있다. 이 가능성을 확인하기 위해 미분하여 무엇을 얻는지 보자.ddx{arcsin⁡(x2)}=12⋅11−(x2)2이것은 우리가 원하는 바로 그 식이다! 따라서∫12−x2dx=arcsin⁡(x2)+C\begin{aligned} \displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x&= \displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2\left(1-\frac{x^2}{2}\right)}}\mathrm{d}x\\ &=\displaystyle\int \dfrac{1}{ \sqrt{2}\sqrt{1-\frac{x^2}{2}}}\mathrm{d}x\\ &= \int\frac{1}{\sqrt{2}}\cdot \dfrac{1}{ \sqrt{1-\left(\dfrac{x}{\sqrt2}\right)^2}}\mathrm{d}x\\ \\ \text{이 시점에서 부정적분이 $F(x) = \arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)$ 와 같은 꼴일 것이라고 추측할 수 있다. 이 가능성을 확인하기 위해 미분하여 무엇을 얻는지 보자.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)\right\}&=\frac{1}{\sqrt{2}}\cdot\dfrac{1}{\sqrt{1-\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)^2}} \\ \text{이것은 우리가 원하는 바로 그 식이다! 따라서} \\ \int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x&=\arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt2}\right)+C \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The integrand is similar to 11−x2\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}}. In order to formulate a guess for the antiderivative, let's factor out 2\sqrt{2} from the denominator:

∫12−x2dx=∫12(1−x22)dx=∫121−x22dx=∫12⋅11−(x2)2dxAt this point, we might guess that our antiderivative is something like F(x)=arcsin⁡(x2). To explore this possibility, we can differentiate, and see what we get.ddx{arcsin⁡(x2)}=12⋅11−(x2)2This is exactly what we want! So,∫12−x2dx=arcsin⁡(x2)+C\begin{aligned} \displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x&= \displaystyle\int \dfrac{1}{\sqrt{2\left(1-\frac{x^2}{2}\right)}}\mathrm{d}x\\ &=\displaystyle\int \dfrac{1}{ \sqrt{2}\sqrt{1-\frac{x^2}{2}}}\mathrm{d}x\\ &= \int\frac{1}{\sqrt{2}}\cdot \dfrac{1}{ \sqrt{1-\left(\dfrac{x}{\sqrt2}\right)^2}}\mathrm{d}x\\ \\ \text{At this point, we might guess that our antiderivative is something like $F(x) = \arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)$. To explore this possibility, we can differentiate, and see what we get.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)\right\}&=\frac{1}{\sqrt{2}}\cdot\dfrac{1}{\sqrt{1-\left(\dfrac{x}{\sqrt{2}}\right)^2}} \\ \text{This is exactly what we want! So,} \\ \int \dfrac{1}{\sqrt{2-x^2}}\mathrm{d}x&=\arcsin\left(\dfrac{x}{\sqrt2}\right)+C \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 1.3절 · 22번우리말 번역

∫11+25x2dx\displaystyle\int \dfrac{1}{1+25x^2}\mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

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부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

다 풀었으면 정답 확인

피적분함수는 11+x2\dfrac{1}{1+x^2} 과 비슷한데, 이는 아크탄젠트의 도함수이다. 실제로 다음이 성립한다.

∫11+25x2dx=∫11+(5x)2dx. 따라서 부정적분을 처음에는 다음과 같이 추측해 볼 수 있다. F(x)=?arctan⁡(5x). 그런데 연쇄법칙 때문에 F′(x)=51+(5x)2. 분자를 “고치기" 위해 두 번째로 추측한다: F(x)=15arctan⁡(5x)F′(x)=15(51+(5x)2)=11+25x2따라서,∫11+25x2dx=15arctan⁡(5x)+C.\begin{aligned}\displaystyle\int \dfrac{1}{1+25x^2}\mathrm{d}x &= \int \dfrac{1}{1+(5x)^2}\mathrm{d}x. \\ \text{ 따라서 부정적분을 처음에는 다음과 같이 추측해 볼 수 있다. } \\ F(x) &\stackrel{?}{=} \arctan(5x). \\ \text{ 그런데 연쇄법칙 때문에 } \\ F'(x) &= \dfrac{5}{1+(5x)^2}. \\ \text{ 분자를 ``고치기" 위해 두 번째로 추측한다: } \\ F(x) &= \frac{1}{5}\arctan(5x)\\ F'(x) &= \dfrac{1}{5}\left(\dfrac{5}{1+(5x)^2}\right) = \dfrac{1}{1+25x^2}\\ \text{따라서,}\qquad \displaystyle\int \dfrac{1}{1+25x^2}\mathrm{d}x&=\frac{1}{5}\arctan(5x)+C. \end{aligned}

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# 미적분의 기본정리계산보통자동 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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