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 · 49번우리말 번역

f(x)=x3∫0x3+1et3dtf(x)=x^3\displaystyle\int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t 라 하자.

(a) 도함수 f′(x)f'(x) 의 식을 구하세요. (식에 적분 기호가 포함되어도 됩니다.) (b) y=f(x)y=f(x) 의 그래프 위의 x=−1x=-1 에서의 접선의 방정식을 구하세요.

영어 원문 보기

Define f(x)=x3∫0x3+1et3dtf(x)=x^3\displaystyle\int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t.

(a) Find a formula for the derivative f′(x)f'(x). (Your formula may include an integral sign.) (b) Find the equation of the tangent line to the graph of y=f(x)y=f(x) at x=−1x=-1.

정답·풀이 보기

(a) 곱의 미분법, 합성함수의 미분법, 미적분학의 기본정리 제1부를 차례로 이용하면,

f′(x)=3x2∫0x3+1et3dt+x3ddx∫0x3+1et3dt=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2][ddy∫0yet3dt]y=x3+1=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2][ey3]y=x3+1=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2]e(x3+1)3=3x2∫0x3+1et3dt+3x5e(x3+1)3\begin{aligned} f'(x) & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] \Bigg[\frac{d}{\mathrm{d}y}\int_{0}^{y} e^{t^3} \mathrm{d}t\Bigg]_{y=x^3+1} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] \Big[e^{y^3}\Big]_{y=x^3+1} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] e^{(x^3+1)^3} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + 3x^5 e^{(x^3+1)^3} \end{aligned}

(b) 일반적으로 y=f(x)y=f(x) 의 그래프 위의 x=ax=a 에서의 접선의 방정식은

y=f(a)+f′(a) (x−a)y=f(a) + f'(a)\,(x-a)

이다. 주어진 f(x)f(x) 와 a=−1a=-1 을 대입하면 다음과 같다.

f(a)=f(−1)=(−1)3∫00et3 dt=0f′(a)=f′(−1)=3(−1)2∫00et3 dt+3(−1)5e0=0−3=−3(x−a)=x−(−1)=x+1따라서 접선의 방정식은y=−3(x+1) .\begin{aligned} f(a)=f(-1)&=(-1)^3\int_0^0 e^{t^3}\ \mathrm{d}t=0\\ f'(a)=f'(-1)&=3(-1)^2\int_{0}^{0}e^{t^3}\ \mathrm{d}t + 3(-1)^5e^{0}\\ &=0-3=-3\\ (x-a)=x-(-1)&=x+1 \\ \text{따라서 접선의 방정식은} \\ y = -3(x+1)\ . \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a) Using the product rule, followed by the chain rule, followed by the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,

f′(x)=3x2∫0x3+1et3dt+x3ddx∫0x3+1et3dt=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2][ddy∫0yet3dt]y=x3+1=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2][ey3]y=x3+1=3x2∫0x3+1et3dt+x3 [3x2]e(x3+1)3=3x2∫0x3+1et3dt+3x5e(x3+1)3\begin{aligned} f'(x) & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] \Bigg[\frac{d}{\mathrm{d}y}\int_{0}^{y} e^{t^3} \mathrm{d}t\Bigg]_{y=x^3+1} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] \Big[e^{y^3}\Big]_{y=x^3+1} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + x^3\ \big[3x^2\big] e^{(x^3+1)^3} \\ & = 3x^2 \int_{0}^{x^3+1} e^{t^3} \mathrm{d}t + 3x^5 e^{(x^3+1)^3} \end{aligned}

(b) In general, the equation of the tangent line to the graph of y=f(x)y=f(x) at x=ax=a is

y=f(a)+f′(a) (x−a)y=f(a) + f'(a)\,(x-a)

Substituting in the given f(x)f(x) and a=−1a=-1:

f(a)=f(−1)=(−1)3∫00et3 dt=0f′(a)=f′(−1)=3(−1)2∫00et3 dt+3(−1)5e0=0−3=−3(x−a)=x−(−1)=x+1So, the equation of the tangent line isy=−3(x+1) .\begin{aligned} f(a)=f(-1)&=(-1)^3\int_0^0 e^{t^3}\ \mathrm{d}t=0\\ f'(a)=f'(-1)&=3(-1)^2\int_{0}^{0}e^{t^3}\ \mathrm{d}t + 3(-1)^5e^{0}\\ &=0-3=-3\\ (x-a)=x-(-1)&=x+1 \\ \text{So, the equation of the tangent line is} \\ y = -3(x+1)\ . \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 1.3절 · 42번우리말 번역

30 m/s30\,\textrm{m}/\textrm{s} 로 달리는 자동차가 시각 t=0t=0 에 브레이크를 밟는다. 속도(m/s\textrm{m}/\textrm{s} 단위)는 식 v(t)=30−10tv(t) = 30 - 10t 에 따라 감소한다. 자동차가 멈출 때까지 얼마나 멀리 가는지 구하세요.

다 풀었으면 정답 확인

v(t)=30−10t=0v(t)=30-10t=0 일 때 자동차가 멈추며, 이는 시각 t=3t = 3 일 때이다. 그 시각까지 이동한 거리는

∫03v(t) dt=(30t−5t2)∣03=(90−45)−0=45 m.\begin{aligned} \int_0^3 v(t)\,\mathrm{d}t = (30t - 5t^2)\Big|_{0}^{3} = (90-45)-0 = 45\,\textrm{m}. \end{aligned}

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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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