문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 적분 기법

삼각치환

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

CLP-2 · 1.9절 · 3번대학 수준우리말 번역

이 문제의 각 부분에서 θ\theta 는 구간 [0,π/2]\left[ 0,\pi/2\right] 에 속하는 각이라고 가정하세요.

(a) sin⁡θ=120\sin\theta=\dfrac{1}{20} 이면 cos⁡θ\cos\theta 의 값은 얼마인가요? (b) tan⁡θ=7\tan\theta=7 이면 csc⁡θ\csc\theta 의 값은 얼마인가요? (c) sec⁡θ=x−12\sec\theta=\dfrac{\sqrt{x-1}}{2} 이면 tan⁡θ\tan\theta 의 값은 얼마인가요?

영어 원문 보기

In each part of this question, assume θ\theta is an angle in the interval [0,π/2]\left[ 0,\pi/2\right].

(a) If sin⁡θ=120\sin\theta=\dfrac{1}{20}, what is cos⁡θ\cos\theta ? (b) If tan⁡θ=7\tan\theta=7, what is csc⁡θ\csc\theta ? (c) If sec⁡θ=x−12\sec\theta=\dfrac{\sqrt{x-1}}{2}, what is tan⁡θ\tan\theta ?

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(a)
(b)
(c)
정답·풀이 보기

(a) sin⁡θ=120\sin\theta=\dfrac{1}{20} 이고 θ\theta 가 0과 π/2\pi/2 사이에 있으면, 각 θ\theta 를 가지고 반대쪽 변의 길이가 1, 빗변의 길이가 20인 직각삼각형을 그릴 수 있다. 피타고라스 정리에 의해 밑변의 길이는 202−12=399\sqrt{20^2-1^2}=\sqrt{399} 이다. 따라서 cos⁡θ=adjhyp=39920\cos\theta = \dfrac{\mathrm{adj}}{\mathrm{hyp}}=\dfrac{\sqrt{399}}{20} 이다.

그림

여기서 간단히 “타당성” 검사를 해 볼 수 있다. 120\frac{1}{20} 은 0에 꽤 가까우므로 θ\theta 도 0에 꽤 가까울 것이고, 따라서 cos⁡θ\cos \theta 는 1에 꽤 가까워야 한다. 실제로 그렇다. 39920≈40020=2020=1\dfrac{\sqrt{399}}{20}\approx \dfrac{\sqrt{400}}{20}=\dfrac{20}{20}=1 이다.

다른 방법으로, 항등식을 이용하여 이 문제를 풀 수도 있다.

sin⁡2θ+cos⁡2θ=1(120)2+cos⁡2θ=1cos⁡θ=±1−1400=±39920Since 0≤θ≤π2, cos⁡θ≥0, socos⁡θ=39920\begin{aligned} \sin^2 \theta + \cos^2 \theta &=1\\ \left(\frac{1}{20}\right)^2+ \cos^2 \theta &=1\\ \cos\theta &= \pm\sqrt{1-\frac{1}{400}}=\pm\frac{\sqrt{399}}{20} \\ \text{Since $0 \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}$, $\cos\theta \geq 0$, so} \\ \cos\theta &= \frac{\sqrt{399}}{20} \end{aligned} (b) tan⁡θ=7\tan\theta=7 이고 θ\theta 가 0과 π/2\pi/2 사이에 있으면, 각 θ\theta 를 가지고 반대쪽 변의 길이가 7, 밑변의 길이가 1인 직각삼각형을 그릴 수 있다. 피타고라스 정리에 의해 빗변의 길이는 72+12=50=52\sqrt{7^2+1^2} = \sqrt{50}=5\sqrt{2} 이다. 따라서 csc⁡θ=hypopp=527\csc\theta = \dfrac{\mathrm{hyp}}{\mathrm{opp}}=\dfrac{5\sqrt{2}}{7} 이다.

그림

이번에도 간단히 타당성을 검사해 볼 수 있다. 7은 1보다 훨씬 크므로, 우리가 생각하는 삼각형은 위의 표준적인 그림의 삼각형과는 별로 닮지 않았다. 밑변이 짧고 높이가 꽤 높은 삼각형이다. 따라서 반대쪽 변과 빗변의 길이는 꽤 비슷하다. 실제로 527≈7.071\dfrac{5\sqrt{2}}{7}\approx 7.071 이므로 이 크기는 타당해 보인다. (c) sec⁡θ=x−12\sec\theta=\dfrac{\sqrt{x-1}}{2} 이고 θ\theta 가 0과 π/2\pi/2 사이에 있으면, 각 θ\theta 를 가지고 빗변의 길이가 x−1\sqrt{x-1}, 밑변의 길이가 2인 직각삼각형을 그릴 수 있다. 피타고라스 정리에 의해 반대쪽 변의 길이는 x−12−22=x−1−4=x−5\sqrt{\sqrt{x-1}^2 - 2^2} = \sqrt{x-1-4}=\sqrt{x-5} 이다. 따라서 tan⁡θ=oppadj=x−52\tan\theta = \dfrac{\mathrm{opp}}{\mathrm{adj}}=\dfrac{\sqrt{x-5}}{2} 이다.

그림

항등식을 이용하여 이 문제를 풀 수도 있다. sec⁡θ\sec\theta 가 존재하므로 θ≠π2\theta \neq \frac{\pi}{2} 임에 주의한다.

tan⁡2θ+1=sec⁡2θtan⁡2θ+1=(x−12)2=x−14tan⁡θ=±x−14−1=±x−52Since 0≤θ<π2, tan⁡θ≥0, sotan⁡θ=x−52\begin{aligned} \tan^2\theta+1&=\sec^2\theta\\ \tan^2\theta+1&=\left(\frac{\sqrt{x-1}}{2}\right)^2=\frac{x-1}{4}\\ \tan\theta &= \pm\sqrt{\frac{x-1}{4}-1} = \pm\frac{\sqrt{x-5}}{2} \\ \text{Since $0 \leq \theta < \frac{\pi}{2}$, $\tan\theta \geq 0$, so} \\ \tan\theta &= \frac{\sqrt{x-5}}{2} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

(a) If sin⁡θ=120\sin\theta=\dfrac{1}{20} and θ\theta is between 0 and π/2\pi/2, then we can draw a right triangle with angle θ\theta that has opposite side length 1, and hypotenuse length 20. By the Pythagorean Theorem, the adjacent side has length 202−12=399\sqrt{20^2-1^2}=\sqrt{399}. So, cos⁡θ=adjhyp=39920\cos\theta = \dfrac{\mathrm{adj}}{\mathrm{hyp}}=\dfrac{\sqrt{399}}{20}.

figure

We can do a quick “reasonableness" check here: 120\frac{1}{20} is pretty close to 0, so we might expect θ\theta to be pretty close to 0, and so cos⁡θ\cos \theta should be pretty close to 1. Indeed it is: 39920≈40020=2020=1\dfrac{\sqrt{399}}{20}\approx \dfrac{\sqrt{400}}{20}=\dfrac{20}{20}=1.

Alternately, we can solve this problem using identities.

sin⁡2θ+cos⁡2θ=1(120)2+cos⁡2θ=1cos⁡θ=±1−1400=±39920Since 0≤θ≤π2, cos⁡θ≥0, socos⁡θ=39920\begin{aligned} \sin^2 \theta + \cos^2 \theta &=1\\ \left(\frac{1}{20}\right)^2+ \cos^2 \theta &=1\\ \cos\theta &= \pm\sqrt{1-\frac{1}{400}}=\pm\frac{\sqrt{399}}{20} \\ \text{Since $0 \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}$, $\cos\theta \geq 0$, so} \\ \cos\theta &= \frac{\sqrt{399}}{20} \end{aligned} (b) If tan⁡θ=7\tan\theta=7 and θ\theta is between 0 and π/2\pi/2, then we can draw a right triangle with angle θ\theta that has opposite side length 7 and adjacent side length 1. By the Pythagorean Theorem, the hypotenuse has length 72+12=50=52\sqrt{7^2+1^2} = \sqrt{50}=5\sqrt{2}. So, csc⁡θ=hypopp=527\csc\theta = \dfrac{\mathrm{hyp}}{\mathrm{opp}}=\dfrac{5\sqrt{2}}{7}.

figure

Again, we can do a quick reasonableness check. Since 7 is much larger than 1, the triangle we're thinking of doesn't look much like the triangle in our standardized picture above: it's really quite tall, with a small base. So, the opposite side and hypotenuse are pretty close in length. Indeed, 527≈7.071\dfrac{5\sqrt{2}}{7}\approx 7.071, so this dimension seems reasonable. (c) If sec⁡θ=x−12\sec\theta=\dfrac{\sqrt{x-1}}{2} and θ\theta is between 0 and π/2\pi/2, then we can draw a right triangle with angle θ\theta that has hypotenuse length x−1\sqrt{x-1} and adjacent side length 2. By the Pythagorean Theorem, the opposite side has length x−12−22=x−1−4=x−5\sqrt{\sqrt{x-1}^2 - 2^2} = \sqrt{x-1-4}=\sqrt{x-5}. So, tan⁡θ=oppadj=x−52\tan\theta = \dfrac{\mathrm{opp}}{\mathrm{adj}}=\dfrac{\sqrt{x-5}}{2}.

figure

We can also solve this using identities. Note that since sec⁡θ\sec\theta exists, θ≠π2\theta \neq \frac{\pi}{2}.

tan⁡2θ+1=sec⁡2θtan⁡2θ+1=(x−12)2=x−14tan⁡θ=±x−14−1=±x−52Since 0≤θ<π2, tan⁡θ≥0, sotan⁡θ=x−52\begin{aligned} \tan^2\theta+1&=\sec^2\theta\\ \tan^2\theta+1&=\left(\frac{\sqrt{x-1}}{2}\right)^2=\frac{x-1}{4}\\ \tan\theta &= \pm\sqrt{\frac{x-1}{4}-1} = \pm\frac{\sqrt{x-5}}{2} \\ \text{Since $0 \leq \theta < \frac{\pi}{2}$, $\tan\theta \geq 0$, so} \\ \tan\theta &= \frac{\sqrt{x-5}}{2} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 2권 · 3.3절 · 20번우리말 번역

삼각치환법을 이용하여 적분하세요. 최종 답은 주어진 변수로 나타내세요.

∫x6−x8dx\int \sqrt{{x}^{6}-{x}^{8}}dx

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

다 풀었으면 정답 확인

(−1+x2)(2+3x2)x6−x815x3+C\frac{(-1+{x}^{2})(2+3{x}^{2})\sqrt{{x}^{6}-{x}^{8}}}{15{x}^{3}}+C

이 문제로 이어서 풀기
# 삼각치환계산기본자동 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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