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 · 17번대학 수준우리말 번역

∫dx3−2x−x2\displaystyle\int \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{3-2x-x^2}} 의 값을 구하세요.

영어 원문 보기

Evaluate ∫dx3−2x−x2\displaystyle\int \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{3-2x-x^2}}.

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

정답·풀이 보기

이 피적분함수는 위의 것들과 매우 달라 보인다. 그러나 약간 변장했을 뿐이다. 완전제곱식으로 고치면

∫dx3−2x−x2=∫dx4−(x+1)2\begin{aligned} \int \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{3-2x-x^2}} = \int \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{4-(x+1)^2}} \end{aligned}

이고, y=x+1y=x+1, dy=dx\mathrm{d}y=\mathrm{d}x 로 치환하면

∫dx3−2x−x2=∫dx4−(x+1)2=∫dy4−y2\begin{aligned} \int \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{3-2x-x^2}} = \int \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{4-(x+1)^2}} = \int \frac{\mathrm{d}y}{\sqrt{4-y^2}} \end{aligned}

전형적인 삼각함수 치환적분이 된다. 따라서 y=2sin⁡θy=2\sin\theta, dy=2cos⁡θ dθ\mathrm{d}y=2\cos\theta\,\mathrm{d}\theta 로 치환하면

∫dx3−2x−x2=∫dy4−y2=∫2cos⁡θ dθ4−4sin⁡2θ=∫2cos⁡θ dθ4cos⁡2θ=∫dθ=θ+C=arcsin⁡y2+C=arcsin⁡x+12+C\begin{aligned} \int \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{3-2x-x^2}} &= \int \frac{\mathrm{d}y}{\sqrt{4-y^2}} = \int\frac{2\cos\theta\,\mathrm{d}\theta}{\sqrt{4-4\sin^2\theta}} = \int\frac{2\cos\theta\,\mathrm{d}\theta}{\sqrt{4\cos^2\theta}}\\ &=\int\mathrm{d}\theta =\theta +C =\arcsin\frac{y}{2} + C \\ &=\arcsin\frac{x+1}{2} + C \end{aligned}

숙련된 적분 계산자라면 아마 yy 를 거치지 않고 곧바로 x+1=2sin⁡θx+1 = 2\sin\theta 로 치환할 것이다.

원본 교재 풀이(영어)

This integrand looks very different from those above. But it is only slightly disguised. If we complete the square

∫dx3−2x−x2=∫dx4−(x+1)2\begin{aligned} \int \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{3-2x-x^2}} = \int \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{4-(x+1)^2}} \end{aligned}

and make the substitution y=x+1y=x+1, dy=dx\mathrm{d}y=\mathrm{d}x

∫dx3−2x−x2=∫dx4−(x+1)2=∫dy4−y2\begin{aligned} \int \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{3-2x-x^2}} = \int \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{4-(x+1)^2}} = \int \frac{\mathrm{d}y}{\sqrt{4-y^2}} \end{aligned}

we get a typical trig substitution integral. So, we substitute y=2sin⁡θy=2\sin\theta, dy=2cos⁡θ dθ\mathrm{d}y=2\cos\theta\,\mathrm{d}\theta to get

∫dx3−2x−x2=∫dy4−y2=∫2cos⁡θ dθ4−4sin⁡2θ=∫2cos⁡θ dθ4cos⁡2θ=∫dθ=θ+C=arcsin⁡y2+C=arcsin⁡x+12+C\begin{aligned} \int \frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{3-2x-x^2}} &= \int \frac{\mathrm{d}y}{\sqrt{4-y^2}} = \int\frac{2\cos\theta\,\mathrm{d}\theta}{\sqrt{4-4\sin^2\theta}} = \int\frac{2\cos\theta\,\mathrm{d}\theta}{\sqrt{4\cos^2\theta}}\\ &=\int\mathrm{d}\theta =\theta +C =\arcsin\frac{y}{2} + C \\ &=\arcsin\frac{x+1}{2} + C \end{aligned}

An experienced integrator would probably substitute x+1=2sin⁡θx+1 = 2\sin\theta directly, without going through yy.

한 번 더 — 비슷한 문제OpenStax 2권 · 3.3절 · 24번우리말 번역

삼각치환법을 이용하여 적분하세요. 최종 답은 변수로 나타내세요.

∫x2dxx2−1\int \frac{{x}^{2}dx}{\sqrt{{x}^{2}-1}}

답 쓰고 채점

부정적분은 끝에 「+ C」 도 붙여요

다 풀었으면 정답 확인

12(ln⁡∣x+x2−1∣+xx2−1)+C\frac{1}{2}\left(\ln |x+\sqrt{{x}^{2}-1}|+x\sqrt{{x}^{2}-1}\right)+C

이 문제로 이어서 풀기
# 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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