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치환적분

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치환적분법은 다음과 같다.

복잡한 함수를 적분할 때 쓰인다.

부정적분

[편집 | 원본 편집]
x=g(t)


∫f(x)dx=∫f{g(t)}dxdtdt
∫f(x)dx=∫f{g(t)}g′(t)dt

예제 1

[편집 | 원본 편집]

∫(ax+b)ndx
ax+b=t
ax=t−b
x=t−ba
dxdt=1a
∫tn1adt
1a∫tndt
1a×tn+1n+1+C
tn+1an+a+C
(ax+b)n+1an+a+C

예제 2

[편집 | 원본 편집]

∫sin⁡(3x)dx
3x=t
x=13t
dxdt=13
∫13sin⁡tdt
13∫sin⁡tdt
13×(−1)cos⁡t+C
−13×cos⁡(3x)+C
−cos⁡(3x)3+C

예제 3

[편집 | 원본 편집]

∫xe−x2dx
−x2=t
x2=−t
x=−t
dxdt=−12−t
∫−−tet2−tdt
∫−et2dt
−12∫etdt
−et2+C
−e−x22+C

예제 4

[편집 | 원본 편집]

∫f′(x)f(x)dx
f(x)=t
x=f−1(t)dt
dxdt=1f′{f−1(t)}
∫f′{f−1(t)}tf′{f−1(t)}dt
∫1tdt
ln⁡|t|+C
ln⁡|f(x)|+C

예제 5

[편집 | 원본 편집]

∫tan⁡xdx
∫sin⁡xcos⁡xdx
∫−(cos⁡x)cos⁡xdx
−∫(cos⁡x)cos⁡xdx
−ln⁡|cos⁡x|+C

예제 6

[편집 | 원본 편집]

∫sin⁡(ln⁡x)xdx
ln⁡x=t
x=et=g(t)=g′(t)
∫etsin⁡tetdt
∫sin⁡tdt=−cos⁡t+C
−cos⁡(ln⁡|x|)+C

예제 7

[편집 | 원본 편집]

∫abx+cdx
bx+c=t
bx=t−c
x=t−cb
1b∫atdt
atbln⁡a+C
abx+cbln⁡a+C

예제 8

[편집 | 원본 편집]

∫cos5xdx
∫cos3x(1−sin2x)dx
sin⁡x=t
x=arcsin⁡t
dxdt=11−t2
∫{cos⁡(arcsin⁡t)}3(1−t2)1−t2dt
cos2(arcsin⁡t)+t2=1
cos2(arcsin⁡t)=1−t2
arcsin⁡t의 범위는 [−π2,π2]이고 이 범위에서 y=cos⁡x는
0보다 크다. 따라서,
cos⁡(arcsin⁡t)=1−t2
∫{1−t2}3(1−t2)1−t2dt
∫{1−t2}21−t2(1−t2)1−t2dt
∫(1−t2)2dt
∫(1−2t2+t4)dt
∫1dt+∫(−2)t2dt+∫t4dt
∫1dt−2∫t2dt+∫t4dt
t−2t33+t55+C
15t−10t3+3t515+C
15sin⁡x−10sin3x+3sin5x15+C

예제 9

[편집 | 원본 편집]

∫x1−x2dx
x=sin⁡t=g(t)
g′(t)=cos⁡t
∫sin⁡tcos⁡t1−sin2tdt
sin2t+cos2t=1
cos2t=1−sin2t
∫sin⁡tcos⁡tcos2tdt
∫sin⁡tcos⁡tcos⁡tdt
∫sin⁡tdt=−cos⁡t+C
arcsin⁡x=t
−cos⁡(arcsin⁡x)+C
그런데 예제 8에서도 입증됐듯이 cos⁡(arcsin⁡x)은 1−x2이므로.
−1−x2+C




예제 10

[편집 | 원본 편집]
  • 1.∫1xln⁡x+1dx
  • 2.ln⁡x+1=t
  • 3.ln⁡x=t−1
  • 4.x=et−1
  • 5.dxdt=et−1
  • 6.∫et−1et−1tdt
  • 7.∫1tdt
  • 8.∫t−12dt
  • 9.t12−12+1+C
  • 10.t1212+C
  • 11.2t1+C
  • 12.2t+C
  • 13.2ln⁡x+1+C


예제 11

[편집 | 원본 편집]
  • 1.∫11−exdx
  • 2.1−ex=t
  • 3.−ex=t−1
  • 4.ex=1−t
  • 5.x=ln⁡|1−t|
  • 6.dxdt=−11−t=1t−1
  • 7.∫1t(t−1)dt
  • 8.1t(t−1)=At+Bt−1
  • 9.1t(t−1)=A(t−1)+Btt(t−1)
  • 10.1t(t−1)=At−A+Btt(t−1)
  • 11.1t(t−1)=(A+B)t−At(t−1)
  • 12.{A+B=0−A=1
  • 13.A=−1
  • 14.−1+B=0
  • 15.B=1
  • 16.∫1t(t−1)dt=∫(1t−1−1t)dt
  • 17.∫1t−1dt+∫(−1)1tdt
  • 18.∫1t−1dt−∫1tdt
  • 19.ln⁡|t−1|−ln⁡|t|+C
  • 20.ln⁡|t−1t|+C
  • 21.ln⁡|1−ex−11−ex|+C
  • 22.ln⁡|−ex1−ex|+C
  • 23.ln⁡|exex−1|+C

예제 12

[편집 | 원본 편집]
  • 1.∫ln⁡xxdx
  • 2.ln⁡x=t
  • 3.x=et
  • 4.dxdt=et
  • 5.∫tetetdt
  • 6.∫tdt
  • 7.t22+C
  • 8.(ln⁡x)22+C

예제 13

[편집 | 원본 편집]
  • 1.∫1sin⁡xdx
  • 2.∫sin⁡xsin2xdx
  • 3.∫sin⁡x1−cos2xdx
  • 4.cos⁡x=t
  • 5.x=arccos⁡t
  • 6.f{f−1(x)}=x
  • 7.y=f(u),u=f−1(x)
  • 8.dydududx=f′(u){f−1(x)}
  • 9.f′{f−1(x)}{f−1(x)}=1
  • 10.{f−1(x)}=1f′{f−1(x)}
  • 11.f(x)=cos⁡x이렇게 두면 역함수의 미분법은
  • 12.f′(x)=−sin⁡x
  • 13.1−sin⁡(arccos⁡x)
  • 14.sin2x+cos2x=1
  • 15.sin2(arccos⁡x)+x2=1
  • 16.sin2(arccos⁡x)=1−x2
  • 17.우선 arccos⁡x의 범위는 [0,π]이고 이 범위에서 sin⁡x는 0보다 크다.따라서,
  • 18.sin⁡(arccos⁡x)=1−x2
  • 19.(arccos⁡x)=1−1−x2
  • 20.(arccos⁡x)=−11−x2
  • 21.(arccos⁡x)=−11−x2
  • 22.dxdt=−11−t2
  • 23.∫1−t2(1−t2)1−t2dt
  • 24.∫1−t2(1−t2)1−t2dt
  • 25.∫−11−t2dt
  • 26.11−t2=A1+t+B1−t
  • 27.11−t2=A(1−t)+B(1+t)1−t2
  • 28.11−t2=A−At+B+Bt1−t2
  • 29.11−t2=(B−A)t+(A+B)1−t2
  • 30.{B−A=0A+B=1
  • 31.B=A
  • 32.A+A=1
  • 32.2A=1
  • 33.A=12
  • 34.{A=12B=12
  • 35.−∫(121+t+121−t)dt
  • 36.−12∫(11+t+11−t)dt
  • 37.−12∫11+tdt+12∫11−tdt
  • 38.−12∫(1+t)1+tdt+12∫−(1−t)1−tdt
  • 39.−12∫(1+t)1+tdt−12∫(1−t)1−tdt
  • 40.−12ln⁡|1+t|−12ln⁡|1−t|+C
  • 41.−12(ln⁡|1+t|−ln⁡|1−t|)+C
  • 42.−12ln⁡|1+t1−t|+C
  • 43.−12ln⁡|1+cos⁡x1−cos⁡x|+C

예제 14

[편집 | 원본 편집]
  • 1.∫sin⁡(ax+b)dx
  • 2.ax+b=t
  • 3.ax=t−b
  • 4.x=t−ba=g(t)
  • 5.g′(t)=1a
  • 6.1a∫sin⁡tdt
  • 7.−cos⁡ta+C
  • 8.−cos⁡(ax+b)a+C

예제 15

[편집 | 원본 편집]

\( \require{cancel} \displaystyle \int \frac{1}{x\ln x}dx\\ \displaystyle \ln x=t \\ \displaystyle x=e^{t}=g\left ( t \right ) \\ \displaystyle g'\left ( t \right )=e^{t} \\ \displaystyle \int \frac{e^{t}}{t e^{t}}dt \\ \displaystyle \int \frac{\cancel{e^{t}}}{t \cancel{e^{t}}}dt\\ \displaystyle \int \frac{1}{t}dt\\ \displaystyle \ln\left | t \right |+C \\ \displaystyle \ln\left | \ln x \right |+C\\ \)

정적분

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닫힌 구간 [a,b]에서 연속인 함수 f(x)에 대하여 미분가능한 함수

x=g(t)


의 도함수 g′(t)가 닫힌 구간 [α,β]에서 연속이고,
a=g(α),b=g(β)이면,
∫abf(x)dx=∫αβf{g(t)}g′(t)dt

예제 1

[편집 | 원본 편집]

∫0aa2−x2dx
x=asin⁡t=g(t)
0=asin⁡α
sinα=0
α=0
a=asin⁡β
1=sin⁡β
π2=β
g′(t)=acos⁡t
∫0π2a2−a2cos2tacos⁡tdt
∫0π2a2−a2sin2tacos⁡tdt
∫0π2a2(1−sin2t)acos⁡tdt
∫0π2a2cos2tacos⁡tdt
∫0π2acos⁡t×acos⁡tdt
a2∫0π2cos2tdt
a2∫0π2cos⁡(2t)+12dt
a2(∫0π2cos⁡(2t)2dt+∫0π212dt)
a2(12∫0π2cos⁡(2t)dt+12∫0π2dt)
a22(∫0π2cos⁡(2t)dt+∫0π2dt)
2t=k
t=12k
t=0,k=0
t=π2,k=π
a22(12∫0πcos⁡(k)dk+∫0π2dt)
a22(12[sin⁡k]0π+[t]0π2)
a22{12(sin⁡π−sin⁡0)+π2}
<math>\frac{a^{2}}{2}\times\frac{\pi}{2}=\frac{\pi a^{2}}{4}