증명. 1부에 따라 G(x)=∫axf(t)dt도 원시함수이므로 F=G+C입니다. 그러면 F(b)−F(a)=G(b)−G(a)=∫abfdt−0입니다. □
F(b)−F(a)를 [F(x)]ab로 씁니다.
예제 8.6. 7장에서 극한으로 구한 넓이: ∫01x2dx=[3x3]01=31. 단 한 줄입니다.
예제 8.7.∫0πsinxdx=[−cosx]0π=1−(−1)=2.
8.5 기본 적분표
미분 공식을 거꾸로 읽으면 됩니다.
f(x)
∫f(x)dx
xr (r=−1)
r+1xr+1+C
x1
$\ln
ex
ex+C
ax
lnaax+C
sinx
−cosx+C
cosx
sinx+C
sec2x
tanx+C
1+x21
arctanx+C
1−x21
arcsinx+C
결과를 미분해 원래 함수가 나오는지 확인하는 습관이 가장 좋은 검산입니다.
8.6 순변화 정리
기본정리 2부를 F′에 대한 말로 바꾸면
∫abF′(x)dx=F(b)−F(a)
입니다. 변화율을 적분하면 전체 변화량이 됩니다.
예제 8.8. 속도 v(t)=t2−4t+3 (m/s)로 움직이는 물체의 0≤t≤3 동안 위치 변화(변위)는 ∫03vdt=[t3/3−2t2+3t]03=9−18+9=0입니다. 그러나 움직인 거리는 ∫03∣v∣dt입니다. v는 t=1과 t=3에서 부호가 바뀌므로 ∫01vdt−∫13vdt=34+34=38 m입니다.
쓰이는 곳. 확률의 누적분포함수 F(x)=∫−∞xf(t)dt와 밀도 f=F′의 관계가 기본정리입니다. 미분방정식을 적분으로 푸는 것, 신경망 ODE가 시간에 따라 상태를 적분하는 것도 이 정리 위에 있습니다.
8.7 이 장의 요약
1부: dxd∫axf(t)dt=f(x). 쌓이는 속도는 높이입니다.
2부: ∫abfdx=F(b)−F(a). 정적분은 원시함수의 차입니다.
변화율의 적분 = 순변화. 거리는 ∣v∣의 적분입니다.
문제
8.1 [계산] · 확인 문제
정적분을 계산합니다.
정적분
값
∫13(3x2−2x)dx
[?]
∫0π/2cosxdx
[?]
∫1ex1dx
[?]
∫011+x21dx
[?]
정답
18
1
1
π/4
풀이
[x3−x2]13=(27−9)−(1−1)=18.
[sinx]0π/2=1.
[lnx]1e=1.
[arctanx]01=π/4.
8.2 [계산] · 확인 문제
F(x)=∫1x(t3+2t)dt일 때 F′(2)는?
정답
12
풀이
기본정리 1부로 F′(x)=x3+2x이므로 F′(2)=12입니다.
8.3 [계산] · 확인 문제
G(x)=∫0x31+tdt일 때 G′(2)는?
정답
36
풀이
G′(x)=1+x3⋅3x2이므로 G′(2)=9⋅12=36입니다.
8.4 [계산]
예제 8.8의 물체가 0≤t≤4 동안 움직인 거리는? (분수로 답할 수 있습니다)
힌트 1
v(t)=(t−1)(t−3)의 부호가 바뀌는 곳에서 구간을 나눕니다.
정답
4
풀이
V(t)=t3/3−2t2+3t로 두면 V(0)=0, V(1)=4/3, V(3)=0, V(4)=4/3. 거리는 ∣4/3−0∣+∣0−4/3∣+∣4/3−0∣=4입니다.
8.5 [계산]
f(x)=sinx의 [0,π]에서의 평균값은? (π가 든 식으로 답할 수 있습니다)
정답
2/π
풀이
π1∫0πsinxdx=π2입니다.
8.6 [증명]
기본정리 2부를 쓰지 않고, 1부와 “도함수가 0이면 상수”(따름정리 5.7)만으로 ∫01x2dx=31을 보입니다.
풀이
G(x)=∫0xt2dt와 H(x)=x3/3은 1부와 미분 공식으로 G′=H′=x2입니다. 그러므로 G−H의 도함수가 0이라 G−H는 상수이고, G(0)−H(0)=0이므로 그 상수는 0입니다. 따라서 G(1)=H(1)=1/3입니다.