수리논술, 이게 다다.

자연계열 1번

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문제

【문제 1】아래 제시문을 읽고 문제에 답하시오. (20점)

두 함수 f(x),g(x)\displaystyle f(x),g(x)가 미분가능할 때,∫f(x)g′(x) dx=f(x)g(x)−∫f′(x)g(x) dx\displaystyle \int f(x)g^{\prime}(x)\,dx=f(x)g(x)-\int f^{\prime}(x)g(x)\,dx이다. 이와 같이 적분하는 방법을 부분적분법이라고 한다.

(문제 1) 함수 f(x)=∣sin⁡x∣\displaystyle f(x)=|\sin x|에 대하여 정적분 ∫−π2π2f(x)ex dx\displaystyle \int_{-\frac\pi2}^{\frac\pi2}f(x)e^x\,dx의 값을 구하시오.

해설강의 준비중
+20점 · (상) 답과 과정이 모두 맞은 경우 (중) 답이 틀리고 과정이 맞은 경우 (하) 답과 과정이 틀린 경우

계산의 편의를 위해 아래 부정적분을 먼저 계산한다.∫sin⁡x ex dx=sin⁡x ex−∫cos⁡x ex dx=sin⁡x ex−(cos⁡x ex+∫sin⁡x ex dx)=sin⁡x ex−cos⁡x ex−∫sin⁡x ex dx\displaystyle \begin{aligned}\int\sin x\,e^x\,dx&=\sin x\,e^x-\int\cos x\,e^x\,dx\\&=\sin x\,e^x-\left(\cos x\,e^x+\int\sin x\,e^x\,dx\right)\\&=\sin x\,e^x-\cos x\,e^x-\int\sin x\,e^x\,dx\end{aligned}

양변에 ∫sin⁡x ex dx\displaystyle \int\sin x\,e^x\,dx을 더하면2∫sin⁡x ex dx=sin⁡x ex−cos⁡x ex\displaystyle 2\int\sin x\,e^x\,dx=\sin x\,e^x-\cos x\,e^x이고, 양변을 2로 나누어 부정적분 값을 얻는다. (적분상수 생략)∫sin⁡x ex dx=(sin⁡x−cos⁡x)ex2\displaystyle \int\sin x\,e^x\,dx=\frac{(\sin x-\cos x)e^x}{2}

위의 부정적분을 사용하여 주어진 정적분을 계산하자.∫−π/2π/2f(x)ex dx=∫−π/2π/2∣sin⁡x∣ex dx=−∫−π/20sin⁡x ex dx+∫0π/2sin⁡x ex dx=−(sin⁡x−cos⁡x)ex2∣−π/20+(sin⁡x−cos⁡x)ex2∣0π/2=12−e−π/22+eπ/22+12=1+eπ/2−e−π/22\displaystyle \begin{aligned}\int_{-\pi/2}^{\pi/2}f(x)e^x\,dx&=\int_{-\pi/2}^{\pi/2}|\sin x|e^x\,dx\\&=-\int_{-\pi/2}^0\sin x\,e^x\,dx+\int_0^{\pi/2}\sin x\,e^x\,dx\\&=-\left.\frac{(\sin x-\cos x)e^x}{2}\right|_{-\pi/2}^0+\left.\frac{(\sin x-\cos x)e^x}{2}\right|_0^{\pi/2}\\&=\frac12-\frac{e^{-\pi/2}}2+\frac{e^{\pi/2}}2+\frac12\\&=1+\frac{e^{\pi/2}-e^{-\pi/2}}2\end{aligned}그러므로 ∫−π/2π/2f(x)ex dx=1+eπ/2−e−π/22\displaystyle \int_{-\pi/2}^{\pi/2}f(x)e^x\,dx=1+\frac{e^{\pi/2}-e^{-\pi/2}}2이다.

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