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 · 4번대학 수준우리말 번역

다음 식을 간단히 하세요.

(a) sin⁡(arccos⁡(x2))\sin\left(\arccos \left(\frac{x}{2}\right)\right) (b) sin⁡(arctan⁡(13))\sin\left(\arctan \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)\right) (c) sec⁡(arcsin⁡(x))\sec\left(\arcsin \left(\sqrt{x}\right)\right)

영어 원문 보기

Simplify the following expressions.

(a) sin⁡(arccos⁡(x2))\sin\left(\arccos \left(\frac{x}{2}\right)\right) (b) sin⁡(arctan⁡(13))\sin\left(\arctan \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)\right) (c) sec⁡(arcsin⁡(x))\sec\left(\arcsin \left(\sqrt{x}\right)\right)

답 쓰고 채점
(a)
(b)
(c)
정답·풀이 보기

(a) θ=arccos⁡(x2)\theta = \arccos \left(\frac{x}{2}\right) 라 하자. 즉 cos⁡(θ)=x2\cos(\theta) = \frac{x}{2} 이고 0≤θ≤π0 \leq \theta \leq \pi 이다. 그러면 각 θ\theta 를 가지고, 이웃변의 부호 있는 길이가 xx 이고(θ>π2\theta > \frac{\pi}{2} 이면 xx 는 음수임에 주의한다) 빗변의 길이가 22 인 직각삼각형을 그릴 수 있다. 피타고라스 정리에 의해 이 삼각형의 반대변의 길이는 4−x2\sqrt{4-x^2} 이다.

그림

따라서

sin⁡(arccos⁡(x2))=sin⁡θ=opphyp=4−x22\sin\left(\arccos \left(\frac{x}{2}\right)\right)=\sin \theta = \frac{\mathrm{opp}}{\mathrm{hyp}} = \frac{\sqrt{4-x^2}}{2} (b) θ=arctan⁡(13)\theta = \arctan \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right) 라 하자. 즉 tan⁡(θ)=13\tan(\theta) = \frac{1}{\sqrt{3}} 이고 −π2≤θ≤π2-\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2} 이다.

  • 풀이 1: 그러면 θ=π6\theta = \dfrac{\pi}{6} 이므로 sin⁡θ=12\sin\theta = \dfrac{1}{2} 이다.
  • 풀이 2: 그러면 각 θ\theta 를 가지고, 반대변의 길이가 11 이고 이웃변의 길이가 3\sqrt{3} 인 직각삼각형을 그릴 수 있다. 피타고라스 정리에 의해 이 삼각형의 빗변의 길이는 32+12=2\sqrt{\sqrt{3}^2+1^2}=2 이다.

그림

따라서

sin⁡(arctan⁡(13))=sin⁡θ=opphyp=12\sin\left(\arctan \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)\right)=\sin \theta = \frac{\mathrm{opp}}{\mathrm{hyp}} = \frac{1}{2} (c) θ=arcsin⁡(x)\theta = \arcsin \left(\sqrt{x}\right) 라 하자. 즉 sin⁡(θ)=x\sin(\theta) = \sqrt{x} 이고 −π2≤θ≤π2-\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2} 이다. 그러면 각 θ\theta 를 가지고, 반대변의 길이가 x\sqrt{x} 이고 빗변의 길이가 11 인 직각삼각형을 그릴 수 있다. 피타고라스 정리에 의해 이 삼각형의 이웃변의 길이는 1−x\sqrt{1-x} 이다.

그림

따라서

sec⁡(arcsin⁡(x))=sec⁡θ=hypadj=11−x\sec\left(\arcsin \left(\sqrt{x}\right)\right)=\sec \theta = \frac{\mathrm{hyp}}{\mathrm{adj}} = \frac{1}{\sqrt{1-x}}

원본 교재 풀이(영어)

(a) Let θ=arccos⁡(x2)\theta = \arccos \left(\frac{x}{2}\right). That is, cos⁡(θ)=x2\cos(\theta) = \frac{x}{2}, and 0≤θ≤π0 \leq \theta \leq \pi. Then we can draw the corresponding right triangle with angle θ\theta with adjacent side of signed length xx (we note that if θ>π2\theta > \frac{\pi}{2}, then xx is negative) and hypotenuse of length 22. By the Pythagorean Theorem, the opposite side of the triangle has length 4−x2\sqrt{4-x^2}.

figure

So,

sin⁡(arccos⁡(x2))=sin⁡θ=opphyp=4−x22\sin\left(\arccos \left(\frac{x}{2}\right)\right)=\sin \theta = \frac{\mathrm{opp}}{\mathrm{hyp}} = \frac{\sqrt{4-x^2}}{2} (b) Let θ=arctan⁡(13)\theta = \arctan \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right). That is, tan⁡(θ)=13\tan(\theta) = \frac{1}{\sqrt{3}}, and −π2≤θ≤π2-\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}.

  • Solution 1: Then θ=π6\theta = \dfrac{\pi}{6}, so sin⁡θ=12\sin\theta = \dfrac{1}{2}.
  • Solution 2: Then we can draw the corresponding right triangle with angle θ\theta with opposite side of length 11 and adjacent side of length 3\sqrt{3}. By the Pythagorean Theorem, the hypotenuse of the triangle has length 32+12=2\sqrt{\sqrt{3}^2+1^2}=2.

figure

So,

sin⁡(arctan⁡(13))=sin⁡θ=opphyp=12\sin\left(\arctan \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)\right)=\sin \theta = \frac{\mathrm{opp}}{\mathrm{hyp}} = \frac{1}{2} (c) Let θ=arcsin⁡(x)\theta = \arcsin \left(\sqrt{x}\right). That is, sin⁡(θ)=x\sin(\theta) = \sqrt{x}, and −π2≤θ≤π2-\frac{\pi}{2} \leq \theta \leq \frac{\pi}{2}. Then we can draw the corresponding right triangle with angle θ\theta with opposite side of length x\sqrt{x} and hypotenuse of length 11. By the Pythagorean Theorem, the adjacent side of the triangle has length 1−x\sqrt{1-x}.

figure

So,

sec⁡(arcsin⁡(x))=sec⁡θ=hypadj=11−x\sec\left(\arcsin \left(\sqrt{x}\right)\right)=\sec \theta = \frac{\mathrm{hyp}}{\mathrm{adj}} = \frac{1}{\sqrt{1-x}}

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 2권 · 3.3절 · 26번우리말 번역

삼각치환법을 이용하여 적분하세요. 최종 답은 변수로 나타내세요.

∫dxx2x2+1\int \frac{dx}{{x}^{2}\sqrt{{x}^{2}+1}}

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

다 풀었으면 정답 확인

−1+x2x+C-\frac{\sqrt{1+{x}^{2}}}{x}+C

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# 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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