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Tiebreakers

Problem 1

dxx4+14

풀이

적분을 변형하면

dxx4+14=dxx1+1x44=1x51x41+1x44dx

이다. 1+x4=u4으로 치환하자. x5dx=u3du이므로

dxx4+14=u3(u41)udu=12(u21)+(u2+1)(u2+1)(u21)du=12[1u2+1du+1u21du]=12(tan1u+12logu1u+1)+C=12tan1(x4+14x)14log(x4+14xx4+14+x)+C=12tan1(xx4+14)+14log(x4+14+xx4+14x)+C

이다.

Problem 2

02π(sin2x5sinx)sinxcos2x10cosx+13dx

풀이

피적분함수를 정리하면

(sin2x5sinx)sinxcos2x10cosx+13=(2cosx5)sin2x2(cosx2)(cosx3)=12(1cos2xcosx2+1cos2xcosx3)=12(cosx23cosx2cosx38cosx3)

이다. a>1에 대하여 02π1cosxadx를 구하자. t=tan(x/2)로 치환하면

02π1cosxadx=0π1cosxadx+π2π1cosxadx=011t21+t2a21+t2dt+011t21+t2a21+t2dt=2a+11t2+a1a+1dt=2a+1a+1a1π=2πa21

이므로

02π(sin2x5sinx)sinxcos2x10cosx+13dx=1202π(52cosx3cosx28cosx3)dx=(22+35)π

이다.

Problem 3

x44x+3dx

풀이

x44x+3dx=|x1|x2+2x+3dx

이다. x+1=2sinhu로 치환하자. sinh1x=log(x+x2+1)이므로 x1에 대하여

(2sinhu2)2cosh2udu=22cosh3u32(cosh(2u)+1)du=22cosh3u3sinh(2u)2u+C=223((x+1)22+1)3/22x+12(x+1)22+12sinh1x+12+C=13(x2+2x+3)3/2(x+1)x2+2x+32log(x+1+x2+2x+3)+C

이다. x<1이면

x44x+3dx=(x1)x2+2x+3dx=13(x2+2x+3)3/2+(x+1)x2+2x+3+2log(x+1+x2+2x+3)+C

이다.

Problem 4

sin2(2x)cos2(3x)(4cos2(2x)(4cos2(3x)3)21)dx

풀이

sin(2x)=2sin(x)cos(x)이고, cos(3x)=4cos3(x)3cos(x)이다. 따라서 피적분함수는

sin2(2x)cos2(3x)(4cos2(2x)(4cos2(3x)3)21)=(2sin2(2x)cos2(2x))2(4cos3(3x)3cos(3x))2sin2(2x)cos2(3x)=sin2(2x+1)cos2(3x+1)sin2(2x)cos2(3x).

이다. f(x)=sin2(2x)cos2(3x)로 두면 f(x)max{2x,1}이다. a(0,)에 대하여

af(x)dx02xdx+0adx<

이므로

a(f(x+1)f(x))dx=af(x+1)dxaf(x)dx=aa+1f(x)dx.

이다. 따라서

limaa(f(x+1)f(x))dx=limaaa+1f(x)dx=limaaa+11cos(2x+1)21+cos(23x)2dx=14limaaa+1(1cos(2x+1)+cos(23x)cos(2x+1)cos(23x))dx=14

이다. 이때, 코사인 적분 함수 Ci(x)에 대하여

limaaa+1cos(2x)dx=lima1log22a2a+1cos(u)udu=limaCi(2a+1)Ci(2a)log2=0

이므로 나머지 항의 적분이 0이다.

Problem 5

2xx2x61dx

풀이

적분을 풀면

2xx2x61dx=k=2k3kk+13x2(x3+1)(x31)dx=k=2k3k3(k+1)31(u+1)(u1)du=k=2k3[12logu1u+1]k3(k+1)3=16log(k=2[(k+1)31k31]k[k3+1(k+1)3+1]k)

이므로

k=2[(k+1)31k31]k[k3+1(k+1)3+1]k=limnk=2n[(k+1)31k31]k[k3+1(k+1)3+1]k=limn[(n+1)31]n79[(n+1)3+1]nk=2nk3+1k31=97limn[(n+1)31(n+1)3+1]nk=2n(k+1)(k2k+1)(k1)(k2+k+1)=97limnk=2nk+1k1k=2n(k1)2+(k1)+1k2+k+1=97limnn(n+1)123n2+n+1=2714

이다. 따라서

2xx2x61dx=16log2714

이다.

Lightning Round

Problem 1

01((1x32)32(1x23)23)dx

풀이

y=(1x32)32로 두면 x=(1y23)23이다. yx에 대한 순감소함수이므로

01(1x32)32dx=01(1x23)23dx

이다. 따라서 구하려는 적분은 0이다.

Problem 2

(xx1)4dx

풀이

직접 계산하면

(xx1)4dx=(1+1x1)4dx=(1+4x1+6(x1)2+4(x1)3+1(x1)4)dx=x+4log|x1|6x12(x1)213(x1)3+C

이다.

Problem 3

(tan(1012x)+tan(1013x))cos(1012x)cos(1013x)cos(2025x)dx

풀이

피적분함수의 분자가

sin(1012x)cos(1013x)+cos(1012x)sin(1013x)=sin(2025x)

이므로

(tan(1012x)+tan(1013x))cos(1012x)cos(1013x)cos(2025x)dx=tan(2025x)dx=log|cos(2025x)|2025+C

이다.

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