문서:부분적분/예제

문서의 이전 버전(r5)을 보고 있습니다.

역사 raw
대문 랜덤 문서 최근 토론


1. 예제 12. 예제 23. 예제 34. 예제 4

1. 예제 1

[문제]

[math(ln{x})]의 부정적분을 구하시오.

[풀이 보기]

주어진 피적분함수를 [math(f(x))]로 놓고, 다음과 같이 설정하자.[1]
[math(displaystyle f(x)=ln{x} qquad qquad g'(x)=1 )]
따라서
[math(displaystyle f'(x)=frac{1}{x} qquad qquad g(x)=x )]
이상에서 부분적분 공식에 대입하면,
[math(displaystyle begin{aligned} int ln{x},mathrm{d}x &= xln{x}-int frac{1}{x} cdot x,mathrm{d}x \ &=xln{x}-x+mathsf{const.} end{aligned} )]
이때, [math(mathsf{const.})]는 적분 상수이다.


2. 예제 2

[문제]

[math(e^{x}cos{x})]의 부정적분을 구하시오.

[풀이 보기]

위에서 다뤘던 LIATE 법칙을 참고하면, 미분된 함수를 삼각함수로 놓는 것이 낫다는 것을 얻는다. 다음과 같이 설정하자.
[math(displaystyle f(x)=e^{x} qquad qquad g'(x)=cos{x} )]
따라서
[math(displaystyle f'(x)=e^{x} qquad qquad g(x)=sin{x} )]
이상에서 부분적분 공식에 대입하면,
[math(displaystyle begin{aligned} int e^{x}cos{x},mathrm{d}x = e^{x}sin{x}-int e^{x}sin{x} ,mathrm{d}x end{aligned} )]
우리는 우변의 제 2항에 대해 다시 부분적분해야 한다. 함수의 꼴은 같으므로 위와 같은 방법으로 부분적분 하면,
[math(displaystyle int e^{x}sin{x} ,mathrm{d}x=-e^{x}cos{x}+int e^{x}cos{x},mathrm{d}x )]
이상에서
[math(displaystyle begin{aligned} int e^{x}cos{x},mathrm{d}x = e^{x}sin{x}+e^{x}cos{x}-int e^{x}cos{x},mathrm{d}xend{aligned} )]
이고, 이것을 다시 쓰면,
[math(displaystyle begin{aligned} 2int e^{x}cos{x},mathrm{d}x = e^{x}(sin{x}+cos{x})end{aligned} )]
이므로 우리는 부정적분으로 다음을 얻는다:
[math(displaystyle begin{aligned} int e^{x}cos{x},mathrm{d}x =frac{1}{2} e^{x}(sin{x}+cos{x})+ mathsf{const.} end{aligned} )]
[math(mathsf{const.})]는 적분 상수이다.


[별해]
세로셈 방법을 사용한다.
[math(displaystyle frac{mathrm{d}}{mathrm{d}x})][math(displaystyle int ,mathrm{d}x)]
[math(+)][math(cos{x})][math(e^{x})][math(displaystyle int e^{x} cos{x} ,mathrm{d}x=)]
[math(-)][math(-sin{x})][math(e^{x})][math(displaystyle +e^{x}cos{x})]
[math(+)][math(-cos{x})][math(e^{x})][math(displaystyle +e^{x}sin{x})]
[math(rightarrow)][math(displaystyle -int e^{x} cos{x} ,mathrm{d}x)]
이상에서
[math(displaystyle int e^{x} cos{x} ,mathrm{d}x=e^{x}(sin{x}+cos{x})-int e^{x} cos{x} ,mathrm{d}x )]
양변을 이항하고, 정리하면, 다음을 얻는다:
[math(displaystyle begin{aligned} int e^{x}cos{x},mathrm{d}x =frac{1}{2} e^{x}(sin{x}+cos{x})+mathsf{const.} end{aligned} )]


3. 예제 3

[문제]

[math(ln x sin{x})]의 부정적분을 구하시오.[3]

[풀이 보기]

LIATE 법칙을 참고하면, 미분된 함수를 삼각함수로 놓는 것이 낫다는 것을 얻는다. 다음과 같이 설정하자.
[math(displaystyle f(x)=ln x qquad qquad g'(x)=sin{x} )]
따라서
[math(displaystyle f'(x)=frac{1}{x} qquad qquad g(x)=-cos{x} )]
이상에서 부분적분 공식에 대입하면,
[math(displaystyle begin{aligned} int ln{x}sin{x},mathrm{d}x = -ln{x}cos{x} + int frac{cos{x}}{x} ,mathrm{d}x end{aligned} )]
그런데 [math(displaystyle int frac{cos{x}}{x} ,mathrm{d}x)]는 [math(mathrm{Ci}(x))]로 쓸 수 있으므로

[math(displaystyle begin{aligned} int ln{x}sin{x},mathrm{d}x = mathrm{Ci}(x) -ln{x}cos{x} + mathsf{const.} end{aligned} )]
[math(mathsf{const.})]는 적분 상수이다.



4. 예제 4

[문제]

[math(displaystyle int lfloor xrfloor ,frac{mathrm{d}}{x^2})]를 구하시오.
[풀이 보기]

[math(lfloor xrfloor)]는 불연속이므로 미분계수 쪽으로 옮기는 것이 좋으므로, 스틸체스 적분의 부분적분식에 대입하여
[math(displaystyle int lfloor xrfloor ,frac{mathrm{d}}{x^2} = frac{lfloor xrfloor}{x^2} - int frac{1}{x^2},mathrm{d}lfloor xrfloor)]
의 꼴로 만들자. 이때,
[math(displaystyle begin{aligned} int frac{1}{x^2},mathrm{d}lfloor xrfloor &= sum frac{1}{x^2} \&= zeta(2) \&= frac{pi^2}{6} end{aligned})]
가 성립하므로
[math(displaystyle int lfloor xrfloor ,frac{mathrm{d}}{x^2}= frac{lfloor xrfloor}{x^2} - frac{pi^2}{6}+ mathsf{const.})]
[math(mathsf{const.})]는 적분 상수이고, [math(zeta)]는 제타 함수이다.


[1] 이 방법은 역삼각함수, 특수함수에도 똑같이 써먹을 수 있다.[2] 특수함수가 등장하는 적분이다.[3] 특수함수가 등장하는 적분이다.