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 · 25번우리말 번역

∫3sin⁡xcos⁡x dx\displaystyle\int 3 \sin x \cos x \ \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫3sin⁡xcos⁡x dx\displaystyle\int 3 \sin x \cos x \ \mathrm{d}x.

정답·풀이 보기
  • 풀이 1: 이 식은 언뜻 익숙한 함수의 도함수처럼 보이지는 않지만, 익숙한 삼각함수 항등식의 절반처럼 보인다. 2sin⁡xcos⁡x=sin⁡(2x)2\sin x \cos x = \sin(2x).

∫3sin⁡xcos⁡x dx=∫32⋅2sin⁡xcos⁡x dx=∫32sin⁡(2x) dx따라서 부정적분이 −cos⁡(2x) 와 비슷한 꼴일 것이라고 짐작할 수 있다. 상수만 정하면 된다.ddx{−cos⁡(2x)}=2sin⁡(2x)따라서,ddx{−34cos⁡(2x)}=32sin⁡(2x)그러므로,∫3sin⁡xcos⁡x dx=−34cos⁡(2x)+C\begin{aligned} \int 3 \sin x \cos x \ \mathrm{d}x&=\int \frac{3}{2}\cdot 2\sin x \cos x \ \mathrm{d}x\\ &=\int \frac{3}{2} \sin(2x)\ \mathrm{d}x \\ \text{따라서 부정적분이 $-\cos(2x)$ 와 비슷한 꼴일 것이라고 짐작할 수 있다. 상수만 정하면 된다.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{-\cos(2x)\}&=2\sin(2x)\\ \text{따라서,}\qquad \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{-\frac{3}{4}\cos(2x)\right\}&=\frac{3}{2}\sin(2x)\\ \text{그러므로,}\qquad \int 3\sin x \cos x\ \mathrm{d}x&=-\frac{3}{4}\cos(2x)+C \end{aligned}

  • 풀이 2: cos⁡x\cos x 가 sin⁡x\sin x 의 도함수이므로, 피적분함수가 연쇄 법칙에서 나온 식처럼 보인다는 점을 알아챌 수 있다. 이를 이용하여 부정적분을 구할 수 있다.

ddx{sin⁡2x}=2sin⁡xcos⁡xddx{32sin⁡2x}=3sin⁡xcos⁡x따라서,∫3sin⁡xcos⁡x dx=32sin⁡2x+C\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sin^2 x\right\}&=2\sin x \cos x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{3}{2}\sin^2 x\right\}&=3\sin x \cos x\\ \text{따라서,}\qquad \int 3\sin x \cos x \ \mathrm{d}x&=\frac{3}{2}\sin^2 x+C \end{aligned}

이 두 답은 서로 다르게 보인다. 항등식 cos⁡(2x)=1−2sin⁡2(x)\cos(2x)=1 - 2 \sin^2(x) 을 이용하면 두 답이 같음을 알 수 있다.

−34cos⁡(2x)+C=−34(1−2sin⁡2x)+C=32sin⁡2x+(C−34)\begin{aligned} -\frac{3}{4}\cos(2x)+C&= -\frac{3}{4}\left(1-2\sin^2x\right)+C\\ &=\frac{3}{2}\sin^2 x + \left(C-\frac{3}{4}\right) \end{aligned}

여기서 34\frac{3}{4} 은 중요하지 않다. CC 는 −∞-\infty 와 +∞+\infty 사이의 어떤 값이든 가질 수 있는 상수를 나타낸다는 것을 기억하자. 따라서 C−34C-\frac{3}{4} 도 −∞-\infty 와 +∞+\infty 사이의 어떤 값이든 가질 수 있는 상수일 뿐이다. 우리가 구한 두 답은 상수만큼 차이가 나므로 서로 같다.

원본 교재 풀이(영어)
  • Solution 1: This might not obviously look like the derivative of anything familiar, but it does look like half of a familiar trig identity: 2sin⁡xcos⁡x=sin⁡(2x)2\sin x \cos x = \sin(2x).

∫3sin⁡xcos⁡x dx=∫32⋅2sin⁡xcos⁡x dx=∫32sin⁡(2x) dxSo, we might guess that the antiderivative is something like −cos⁡(2x). We only need to figure out the constants.ddx{−cos⁡(2x)}=2sin⁡(2x)So,ddx{−34cos⁡(2x)}=32sin⁡(2x)Therefore,∫3sin⁡xcos⁡x dx=−34cos⁡(2x)+C\begin{aligned} \int 3 \sin x \cos x \ \mathrm{d}x&=\int \frac{3}{2}\cdot 2\sin x \cos x \ \mathrm{d}x\\ &=\int \frac{3}{2} \sin(2x)\ \mathrm{d}x \\ \text{So, we might guess that the antiderivative is something like $-\cos(2x)$. We only need to figure out the constants.} \\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{-\cos(2x)\}&=2\sin(2x)\\ \text{So,}\qquad \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{-\frac{3}{4}\cos(2x)\right\}&=\frac{3}{2}\sin(2x)\\ \text{Therefore,}\qquad \int 3\sin x \cos x\ \mathrm{d}x&=-\frac{3}{4}\cos(2x)+C \end{aligned}

  • Solution 2: You might notice that the integrand looks like it came from the chain rule, since cos⁡x\cos x is the derivative of sin⁡x\sin x. Using this observation, we can work out the antideriative:

ddx{sin⁡2x}=2sin⁡xcos⁡xddx{32sin⁡2x}=3sin⁡xcos⁡xSo,∫3sin⁡xcos⁡x dx=32sin⁡2x+C\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\sin^2 x\right\}&=2\sin x \cos x\\ \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left\{\frac{3}{2}\sin^2 x\right\}&=3\sin x \cos x\\ \text{So,}\qquad \int 3\sin x \cos x \ \mathrm{d}x&=\frac{3}{2}\sin^2 x+C \end{aligned}

These two answers look different. Using the identity cos⁡(2x)=1−2sin⁡2(x)\cos(2x)=1 - 2 \sin^2(x), we reconcile them:

−34cos⁡(2x)+C=−34(1−2sin⁡2x)+C=32sin⁡2x+(C−34)\begin{aligned} -\frac{3}{4}\cos(2x)+C&= -\frac{3}{4}\left(1-2\sin^2x\right)+C\\ &=\frac{3}{2}\sin^2 x + \left(C-\frac{3}{4}\right) \end{aligned}

The 34\frac{3}{4} here is not significant. Remember that CC is used to designate a constant that can take any value between −∞-\infty and +∞+\infty. So C−34C-\frac{3}{4} is also just a constant that can take any value between −∞-\infty and +∞+\infty. As the two answers we found differ by a constant, they are equivalent.

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 1.3절 · 24번우리말 번역

∫tan⁡2x dx\displaystyle\int \tan^2 x \ \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

다 풀었으면 정답 확인

∫sec⁡2x dx=tan⁡x+C\int \sec^2 x\ \mathrm{d}x = \tan x +C 이고 sec⁡2x=tan⁡2x+1\sec^2x = \tan^2 x + 1 이므로

∫tan⁡2x dx=∫sec⁡2x−1 dx=∫sec⁡2x dx−∫1 dx=tan⁡x−x+C\begin{aligned} \int \tan^2 x\ \mathrm{d}x &= \int \sec^2x - 1 \ \mathrm{d}x\\ &=\int \sec^2 x \ \mathrm{d}x - \int 1 \ \mathrm{d}x\\ &=\tan x - x + C \end{aligned}

이 문제로 이어서 풀기
# 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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