어떤 연속함수 가 을 포함하는 어떤 열린구간의 모든 에 대해 적분방정식
을 만족시킨다. 와 이 성립하는 가장 큰 구간을 구하세요.
영어 원문 보기
A certain continuous function satisfies the integral equation
for all in some open interval containing . Find and the largest interval for which holds.
정답·풀이 보기
주어진 것은 와 에 대한 함수의 적분 사이의 관계식이다. 우리가 풀 줄 아는 것은 의 도함수와 에 대한 함수 사이의 관계식이다. 주어진 적분방정식을 미분하면 이런 식을 만들 수 있다. 미적분학의 기본정리 제1부분에 의해
따라서 는 미분방정식 와 초기 조건 ( 에 을 대입하면 된다)을 만족시킨다. 일 때,
일 때 임을 알 수 있다. 또한 는, 따라서 도, 결코 이 될 수 없다. 는 에 따라 연속적으로 변하므로 는 계속 보다 커야 한다. 따라서 는 계속 양수이므로 절댓값 기호를 없앨 수 있다. 그러므로
마지막 단계에서 으로 나누는 일이 없으려면
이어야 한다.
간단히 하기 위해 라 하면 이다. ( 이므로 이고, 따라서 임에서 알 수 있다.)

은 우리가 구한 함수의 정의역에 속하지만, 점 는 정의역에 속하지 않는다.

따라서 우리의 답이 의미를 갖는 가장 큰 구간은 이고, 이는 대략 이다.
원본 교재 풀이(영어)
What we're given is an equation relating to the integral of a function of . What we know how to solve is an equation relating the derivative of to a function of . We can create this by differentiating the given integral equation. By the Fundamental Theorem of Calculus, part 1:
So satisfies the differential equation and the initial equation (just substitute into ). For :
Observe that, when , . Furthermore , and hence , can never take the value zero. As varies continuously with , must remain larger than 2. Consquently, remains positive and we may drop the absolute value signs. Hence
To avoid division by zero in the last step, we need
Let , for brevity, and note that . (This can be seen by observing , so, , hence .)

We know is in the domain of our function, but the points are not.

Therefore, the largest interval for which our answer makes sense is or approximately .
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-2 · 2.4절 · 32번우리말 번역
반지름이 3 미터이고 높이가 6 미터인 원기둥 모양의 물탱크가 물로 가득 차 있을 때 바닥에 구멍이 났다. 물은 반지름이 1 센티미터인 구멍을 통해 빠져나간다. 만약
- 가 시각 에서 탱크 안 물의 높이(단위: 미터)이고
- 가 시각 에서 빠져나가는 물의 속도(단위: 초당 미터)이면
- 토리첼리의 법칙에 의해 이다. 여기서 이다. 탱크가 비는 데 걸리는 시간을 구하세요.
다 풀었으면 정답 확인
아주 짧은 시간 간격 동안 탱크 안 물의 높이가 (음수)만큼 변한다고 하자. 그러면 이 시간 간격 동안 탱크 안 물의 양은 만큼 감소한다. 이는 같은 시간 간격 동안 구멍을 통해 흘러나간 물의 양과 같아야 한다. 구멍을 통해 흘러나가는 물은 반지름이 1 cm (즉, 0.01 m)이고 길이가 인 원기둥을 이루는데, 이 길이는 초 동안 물이 구멍 밖으로 움직인 거리이다. 따라서 시간 간격 동안 구멍으로 빠져나간 물의 양은 이다.

이로부터 변수분리형 미분방정식을 얻는다. 는 상수임을 기억하자.