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 · 16번대학 수준우리말 번역

∫1017x3x2−1 dx\displaystyle\int_{\sqrt{10}}^{\sqrt{17}} \frac{x^3}{\sqrt{x^2-1}}\, \mathrm{d}x 의 값을 구하세요.

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Evaluate ∫1017x3x2−1 dx\displaystyle\int_{\sqrt{10}}^{\sqrt{17}} \frac{x^3}{\sqrt{x^2-1}}\, \mathrm{d}x.

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피적분함수에 제곱근 안의 이차 다항식이 있어서 삼각함수 치환이 떠오른다. 그러나 더 복잡한 방법으로 넘어가기 전에 더 간단한 방법을 찾아보는 것이 좋은 습관이며, 이 경우에는 삼각함수 치환보다 더 간단한 방법이 있다. 바로 u=x2−1u=x^2-1, du=2x dx\mathrm{d}u=2x\,\mathrm{d}x 로 하는 치환이다. 그러면 xdx=12dux\mathrm{d}x = \frac{1}{2}\mathrm{d}u 이고, x2=u+1x^2 ={u+1} 이다. x=10x=\sqrt{10} 일 때 u=9u=9 이고, x=17x=\sqrt{17} 일 때 u=16u=16 이다.

∫1017x3x2−1 dx=∫1017x2x2−1 ⋅xdx=12∫916u+1u du=12∫916(u1/2+u−1/2) du=12[23u3/2+2u1/2]916=12[23⋅43+2⋅4−23⋅33−2⋅3]=403\begin{aligned} \int_{\sqrt{10}}^{\sqrt{17}} \frac{x^3}{\sqrt{x^2-1}}\, \mathrm{d}x&= \int_{\sqrt{10}}^{\sqrt{17}} \frac{x^2}{\sqrt{x^2-1}}\, \cdot x\mathrm{d}x \\&=\frac{1}{2} \int_{9}^{16} \frac{u+1}{\sqrt{u}}\,\mathrm{d}u\\ &=\frac{1}{2} \int_{9}^{16}\left(u^{1/2}+u^{-1/2}\right)\,\mathrm{d}u \\&=\frac{1}{2}\left[\frac{2}{3}u^{3/2} + 2u^{1/2} \right]_{9}^{16} \\&=\frac{1}{2}\left[\frac{2}{3}\cdot 4^3 + 2\cdot 4 -\frac{2}{3}\cdot 3^3 -2\cdot 3 \right]\\ &=\frac{40}{3} \end{aligned}

원본 교재 풀이(영어)

The integrand has a quadratic polynomial under a square root, which makes us think of trig substitutions. However, it's good practice to look for simpler methods before we jump into more complicated ones, and in this case we find something nicer than a trig substitution: the substitution u=x2−1u=x^2-1, du=2x dx\mathrm{d}u=2x\,\mathrm{d}x. Then xdx=12dux\mathrm{d}x = \frac{1}{2}\mathrm{d}u, and x2=u+1x^2 ={u+1}. When x=10x=\sqrt{10}, u=9u=9, and when x=17x=\sqrt{17}, u=16u=16.

∫1017x3x2−1 dx=∫1017x2x2−1 ⋅xdx=12∫916u+1u du=12∫916(u1/2+u−1/2) du=12[23u3/2+2u1/2]916=12[23⋅43+2⋅4−23⋅33−2⋅3]=403\begin{aligned} \int_{\sqrt{10}}^{\sqrt{17}} \frac{x^3}{\sqrt{x^2-1}}\, \mathrm{d}x&= \int_{\sqrt{10}}^{\sqrt{17}} \frac{x^2}{\sqrt{x^2-1}}\, \cdot x\mathrm{d}x \\&=\frac{1}{2} \int_{9}^{16} \frac{u+1}{\sqrt{u}}\,\mathrm{d}u\\ &=\frac{1}{2} \int_{9}^{16}\left(u^{1/2}+u^{-1/2}\right)\,\mathrm{d}u \\&=\frac{1}{2}\left[\frac{2}{3}u^{3/2} + 2u^{1/2} \right]_{9}^{16} \\&=\frac{1}{2}\left[\frac{2}{3}\cdot 4^3 + 2\cdot 4 -\frac{2}{3}\cdot 3^3 -2\cdot 3 \right]\\ &=\frac{40}{3} \end{aligned}

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 2권 · 3.3절 · 22번우리말 번역

삼각치환법을 이용하여 적분하세요. 최종 답은 변수로 나타내세요.

∫dx(x2−9)3/2\int \frac{dx}{{({x}^{2}-9)}^{3/2}}

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부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

다 풀었으면 정답 확인

−x9−9+x2+C-\frac{x}{9\sqrt{-9+{x}^{2}}}+C

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# 삼각치환계산보통자동 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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