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Problem 1

0π2tanx3(sinx+cosx)2dx

풀이 1

풀이

u=tanx로 치환하자. du=sec2xdx이고,

(sinx+cosx)2=1+sin(2x)=1+2tanx1+tan2x

이다. 오일러의 반사 공식에 의해 zZ에 대하여 Γ(z)Γ(1z)=πcsc(πz)가 성립한다. 따라서

0π2tanx3(sinx+cosx)2dx=0u1/31+2u1+u211+u2du=0u1/3(1+u)2du=B(4/3,2/3)=Γ(4/3)Γ(2/3)Γ(2)=13Γ(1/3)Γ(2/3)1=2π33

이다.

풀이 2

풀이

u3=tanx로 치환하면 3u2du=sec2xdx이므로

0π2tanx3(sinx+cosx)2dx=0u1+2u31+u63u21+u6du=03u2(1+u3)2udu=[11+u3u]00(11+u3)du=011+u3du

이다. t=1/u로 치환하면

011+u3du=011+(1/t)3(dtt2)=0t1+t3dt

이므로

0π2tanx3(sinx+cosx)2dx=1201+u1+u3du=1201u2u+1du=12[23tan1(2x13)]0=2π33

이다.

Problem 2

0π(sin(2x)sin(3x)sin(5x)sin(30x)sin(x)sin(6x)sin(10x)sin(15x))2dx

풀이

sin(2x)=2sin(x)cos(x)이고, cos(2x)=2cos2(x)1로부터

cos(3x)cos(x)=4cos2(x)3=2cos(2x)1

이다. 오일러 공식에 의해

sin(2x)sin(3x)sin(5x)sin(30x)sin(x)sin(6x)sin(10x)sin(15x)=cos(x)cos(3x)cos(15x)cos(5x)=2cos(10x)12cos(2x)1=ei10x+ei10x1ei2x+ei2x1=t5+t51t+t11=1t4t10t5+1t2t+1=1t4(t8+t7t5t4t3+t+1)=t4+t4+t3+t3(t+t1)1=2cos(8x)+2cos(6x)2cos(2x)1

이다. 따라서

0π(sin(2x)sin(3x)sin(5x)sin(30x)sin(x)sin(6x)sin(10x)sin(15x))2dx=0π(2cos(8x)+2cos(6x)2cos(2x)1)2dx=0π(4cos2(8x)+4cos2(6x)+4cos2(2x)+1+)dx=0π[2(1+cos(16x))+2(1+cos(12x))+2(1+cos(4x))+1+]dx=7π

이다. 생략한 항의 적분은 0이다.

Problem 3

1/21/2x2+1+x4+x2+1dx

풀이

x2+1+x4+x2+1=f(x)+g(x)으로 두자.

x2+1+x4+x2+1=f(x)+g(x)+2f(x)g(x),(f(x)g(x))2=(f(x)+g(x))24f(x)g(x)=(x2+1)2(x4+x2+1)=x2

이므로 f(x)g(x)=x를 고르자. 따라서

f(x)=(f(x)+g(x))+(f(x)g(x))2=x2+x+12,g(x)=(f(x)+g(x))(f(x)g(x))2=x2x+12

이므로

1/21/2x2+1+x4+x2+1dx=201/2(x2+x+12+x2x+12)dx=201/2((x+12)2+34+(x12)2+34)dx=21/21x2+34dx+21/20x2+34dx=201x2+34dx

이다. x=32sinhu로 치환하자. sinh1x=log(x+x2+1)임을 이용하면

01x2+34dx=0log(2+73)34cosh2udu=340log(2+73)1+cosh(2u)2du=38[log(2+73)+12sinh(2sinh123)]

이므로

1/21/2x2+1+x4+x2+1dx=328log(2+73)+3282373=328log(2+73)+144

이다.

Problem 4

10202x9x2048x10+575dx

풀이

적분을 풀면

10202x9x2048x10+575dx=10192d(x10)(x1024)21=1019210du(u24)21=1019103duu21=10192log103+11031=10192log1+1031103

이다. |x|<1에 대하여 테일러 급수

log(1±x)=±xx22±x33

이 수렴하므로

10192log1+1031103=101922(103+1093+10155+10217+)=1016+10103+1045+1027+

이다. 따라서

10202x9x2048x10+575dx=10192log1+1031103=1016+10103+1045+1027+=1016+101013+1045=10000003333335333

이다.

Problem 5

풀이

01(n=12nx3n)2dx

x=2u로 치환하자. 0<u<1/2에 대하여 21u=0이므로

01(n=12nx3n)2dx=201/2(3n=12n+1u3n+1)2du=1801/2(n=22nu3n)2du=1801/2(n=12nu3n)2du

이다. 이번에는 x=t+1/2로 치환하면

1/21(n=12nx3n)2dx=01/2(n=12nt+2n13n)2dt=01/2(n=12nt3n+122/312/3)2dt=01/2[(n=12nt3n)2+2n=12nt3n+1]dt

이다. 따라서

01(n=12nx3n)2dx=01/2(n=12nx3n)2dx+1/21(n=12nx3n)2dx=201/2(n=12nx3n)2dx+201/2n=12nx3ndx+12=1901(n=12nx3n)2dx+2n=113n01/22nxdx+12

이다. 이때, 단조 수렴 정리에 따라 적분과 급수의 순서를 바꿀 수 있다. 마지막으로 2nx=y로 치환하면

01(n=12nx3n)2dx=98(2n=116n02n1ydy+12)=94n=116nk=12n11k+916=94n=116n2n1(2n11)2+916=98n=1[14(23)n12(13)n]+916=98(142/312/3121/311/3)+916=2732

이다.

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