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 · 51번우리말 번역

F(x)=∫0xx3sin⁡(t) dtF(x)=\displaystyle\int_0^x x^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t 라 하자.

(a) F(3)F(3) 의 값을 구하세요. (b) F′(x)F'(x) 는 무엇인지 구하세요.

영어 원문 보기

Let F(x)=∫0xx3sin⁡(t) dtF(x)=\displaystyle\int_0^x x^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t.

(a) Evaluate F(3)F(3). (b) What is F′(x)F'(x)?

답 쓰고 채점
(a)
(b)
정답·풀이 보기

(a) x=3x=3 일 때,

F(3)=∫0333sin⁡(t) dt=27∫03sin⁡t dt미적분의 기본 정리 제2부를 이용하면,=27[−cos⁡t]t=0t=3=27[−cos⁡3−(−cos⁡0)]=27(1−cos⁡3)\begin{aligned} F(3)&=\displaystyle\int_0^3 3^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t=27\int_0^3 \sin t \ \mathrm{d}t \\ \text{미적분의 기본 정리 제2부를 이용하면,} \\ &=27\left[-\cos t\right]_{t=0}^{t=3} =27\left[-\cos 3 - (-\cos 0)\right]\\ &=27(1-\cos 3 ) \end{aligned} (b) 적분이 tt 에 대한 것이므로 x3x^3 항은 적분 밖으로 꺼낼 수 있다. 즉, 적분을 할 때에는 x3x^3 이 상수이다(미분을 할 때에는 분명히 상수가 아니지만).

F(x)=∫0xx3sin⁡(t) dt=x3∫0xsin⁡(t) dt곱의 미분법과 미적분의 기본 정리 제1부를 이용하면,F′(x)=x3⋅sin⁡(x)+3x2∫0xsin⁡(t) dt=x3sin⁡(x)+3x2[−cos⁡(t)]t=0t=x=x3sin⁡(x)+3x2[−cos⁡(x)−(−cos⁡(0))]=x3sin⁡(x)+3x2[1−cos⁡(x)]\begin{aligned} F(x)&=\displaystyle\int_0^x x^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t = x^3 \int_0^x \sin(t)\ \mathrm{d}t \\ \text{곱의 미분법과 미적분의 기본 정리 제1부를 이용하면,} \\ F'(x)&=x^3\cdot \sin(x) + 3x^2 \int_0^x \sin(t)\ \mathrm{d}t\\ &=x^3\sin(x)+3x^2\left[-\cos(t)\right]_{t=0}^{t=x}\\ &=x^3\sin(x)+3x^2[-\cos(x)-(-\cos(0))]\\ &=x^3\sin (x) + 3x^2[1-\cos (x)] \end{aligned}

참고: 이 문제에서 xx 와 tt 는 서로 다른 역할을 하므로 서로 다른 이름을 쓰는 것이 매우 중요하다. 이것이 ∫axf(t)dt\int_a^x f(t)\mathrm{d}t 를 뜻하면서 ∫axf(x)dx\int_a^x f(x)\mathrm{d}x 라고 쓰는 흔한 실수를 피해야 하는 이유 중 하나이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) When x=3x=3,

F(3)=∫0333sin⁡(t) dt=27∫03sin⁡t dtUsing the Fundamental Theorem of Calculus Part 2,=27[−cos⁡t]t=0t=3=27[−cos⁡3−(−cos⁡0)]=27(1−cos⁡3)\begin{aligned} F(3)&=\displaystyle\int_0^3 3^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t=27\int_0^3 \sin t \ \mathrm{d}t \\ \text{Using the Fundamental Theorem of Calculus Part 2,} \\ &=27\left[-\cos t\right]_{t=0}^{t=3} =27\left[-\cos 3 - (-\cos 0)\right]\\ &=27(1-\cos 3 ) \end{aligned} (b) Since the integration is with respect to tt, the x3x^3 term can be moved outside the integral. That is: for the purposes of the integral, x3x^3 is a constant (although for the purposes of the derivative, it certainly is not).

F(x)=∫0xx3sin⁡(t) dt=x3∫0xsin⁡(t) dtUsing the product rule and the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,F′(x)=x3⋅sin⁡(x)+3x2∫0xsin⁡(t) dt=x3sin⁡(x)+3x2[−cos⁡(t)]t=0t=x=x3sin⁡(x)+3x2[−cos⁡(x)−(−cos⁡(0))]=x3sin⁡(x)+3x2[1−cos⁡(x)]\begin{aligned} F(x)&=\displaystyle\int_0^x x^3 \sin(t)\ \mathrm{d}t = x^3 \int_0^x \sin(t)\ \mathrm{d}t \\ \text{Using the product rule and the Fundamental Theorem of Calculus Part 1,} \\ F'(x)&=x^3\cdot \sin(x) + 3x^2 \int_0^x \sin(t)\ \mathrm{d}t\\ &=x^3\sin(x)+3x^2\left[-\cos(t)\right]_{t=0}^{t=x}\\ &=x^3\sin(x)+3x^2[-\cos(x)-(-\cos(0))]\\ &=x^3\sin (x) + 3x^2[1-\cos (x)] \end{aligned}

Remark: Since xx and tt play different roles in our problem, it's crucial that they have different names. This is one reason why we should avoid the common mistake of writing ∫axf(x)dx\int_a^x f(x)\mathrm{d}x when we mean ∫axf(t)dt\int_a^x f(t)\mathrm{d}t.

한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 1.3절 · 8번우리말 번역

F′(x)=f(x)F'(x)=f(x) 라 하자. f(x)f(x) 의 서로 다른 부정적분 두 개를 구하세요.

다 풀었으면 정답 확인

임의의 상수 CC 에 대해 F(x)+CF(x)+C 는 f(x)f(x) 의 부정적분이다. 왜냐하면 ddx{F(x)+C}=ddx{F(x)}=f(x)\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{F(x)+C\} = \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\{F(x)\} = f(x) 이기 때문이다. 따라서 예를 들어 F(x)F(x) 와 F(x)+1F(x)+1 은 모두 f(x)f(x) 의 부정적분이다.

이 문제로 이어서 풀기
# 미적분의 기본정리계산도전자동 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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