(1) ∫01f(x)dx=I4−4I5+6I6−4I7+I8이 성립함을 보이시오.풀이: x=tanθ이면, dθdx=sec2θdθ이고 1+x2=1+tan2θ=sec2θ이다. 따라서Correction. dθdx=sec2θdθ는 dθdx=sec2θ 또는 dx=sec2θdθ로 써야 한다. 그러나 원칙에 따라 원문 표기를 그대로 실었다.∫01f(x)dx=∫0π/4tan4θ(1−tanθ)4dθ=∫0π/4{tan4θ−4tan5θ+6tan6θ−4tan7θ+tan8θ}dθ=I4−4I5+6I6−4I7+I8이다.
(2) ∫01f(x)dx의 값을 구하시오.풀이: 1+tan2θ=sec2θ이므로 모든 자연수 n에 대해,In+2=∫0π/4tann+2θdθ=∫0π/4tannθ(sec2θ−1)dθ=∫0π/4tannθsec2θdθ−∫0π/4tannθdθ=[n+1tann+1θ]θ=0θ=π/4−In=n+11−In이다. I0=∫0π/41dθ=4π이라 하면I6=51−I4=51−31+I2=51−31+1−I0=1513−4π이다. 따라서∫01f(x)dx=I4−4I5+6I6−4I7+I8=(I4+I6)−4(I5+I7)+(I6+I8)+4I6=51−64+71+4(1513−4π)=722−π이다.
(3) ∫01x4(1−x)4dx의 값을 구하고, 이 값을 이용하여 6301979≤π≤12603959이 성립함을 보이시오.풀이: 닫힌구간 [0,1]에서 1≤1+x2≤2이 성립하므로 이 구간에서2x4(1−x)4≤f(x)≤x4(1−x)4가 성립한다. 따라서 적분값 ∫01{f(x)−2x4(1−x)4}dx은 구간 [0,1]에서 함수 f(x)−2x4(1−x)4와 x축으로 둘러싸인 도형의 넓이이고 적분값 ∫01{x4(1−x)4−f(x)}dx은 구간 [0,1]에서 함수 x4(1−x)4−f(x)와 x축으로 둘러싸인 도형의 넓이가 되므로 각각의 적분값은 0보다 크거나 같은 것을 알 수 있다.한편 각각의 적분값을 직접 구해보면∫01{f(x)−2x4(1−x)4}dx=722−π−12601이고∫01{x4(1−x)4−f(x)}dx=6301−722+π이다. 따라서 722−π−12601≥0이고 6301−722+π≥0이다. 이를 정리하면6301979≤π≤12603959이다.