수학 개념 노트전체 과목

여러 가지 함수의 적분

STEP 1

개념 읽기

번호 순서대로 읽어요. 색 상자는 꼭 외울 것, 점선 상자는 이해만 하면 되는 예시예요.

이 개념에서 배울 것
∫xndx=xn+1n+1+C (n≠−1)\int x^n dx=\dfrac{x^{n+1}}{n+1}+C\ (n\ne-1), ∫1xdx=ln⁡∣x∣+C\int\dfrac{1}{x}dx=\ln|x|+C, ∫axdx=axln⁡a+C\int a^x dx=\dfrac{a^x}{\ln a}+C 와 삼각함수의 부정적분은 모두 미분 공식을 거꾸로 읽은 거예요. 바로 적분할 수 없는 식은 나누거나 항등식으로 바꾼 뒤 적분해요.
  1. 1함수 y=xny=x^n 의 부정적분
  2. 2지수함수의 부정적분
  3. 3삼각함수의 부정적분
  4. 4식을 변형하여 적분하기
  5. 5여러 가지 함수의 정적분
  6. ✓한눈에 정리
정의 — 뜻, 외우기성질·공식 — 외우기주의 — 틀리기 쉬운 곳예 — 이해만점선 밑줄 다른 개념과 이어진 말 — 오른쪽 카드(휴대폰은 오른쪽 ‹ 탭)에서 청록 앞 개념 · 주황 뒤 개념형광 핵심 용어

1함수 y=xny=x^n 의 부정적분

성질xnx^n 의 부정적분
nn 이 실수일 때
n≠−1n\ne-1 이면 ∫xndx=1n+1xn+1+C\int x^n dx=\dfrac{1}{n+1}x^{n+1}+Cn=−1n=-1 이면 ∫1xdx=ln⁡∣x∣+C\int\dfrac{1}{x}dx=\ln|x|+C(단, CC 는
적분상수)
학생
이 공식은 nn 이 분수나 음수여도 써요?
쌤
네, n≠−1n\ne-1 인 실수면 다 돼요. 근호와 분수는 먼저 x12x^{\frac{1}{2}}, x−3x^{-3} 처럼 지수로 바꿔요.
n=−1n=-1 이면 분모 n+1n+1 이 00 이라 따로 ln⁡∣x∣\ln|x| 가 돼요.

1x\dfrac{1}{x} 은 x<0x<0 에서도 정의되므로 ln⁡∣x∣\ln|x| 처럼 절댓값 기호를 붙여요.

근호·분수는 지수로 바꾸기
∫x dx=∫x12dx=23xx+C\int\sqrt{x}\,dx=\int x^{\frac{1}{2}}dx=\dfrac{2}{3}x\sqrt{x}+C
↳x=x12\sqrt{x}=x^{\frac{1}{2}}
∫1x3dx=∫x−3dx=−12x2+C\int\dfrac{1}{x^3}dx=\int x^{-3}dx=-\dfrac{1}{2x^2}+C
↳1x3=x−3\frac{1}{x^3}=x^{-3}
∫3xdx=3ln⁡∣x∣+C\int\dfrac{3}{x}dx=3\ln|x|+C
↳n=−1n=-1
∫1x23dx=∫x−23dx=3x3+C\int\dfrac{1}{\sqrt[3]{x^2}}dx=\int x^{-\frac{2}{3}}dx=3\sqrt[3]{x}+C
↳1x23=x−23\frac{1}{\sqrt[3]{x^2}}=x^{-\frac{2}{3}}
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
∫xx dx\displaystyle\int x\sqrt{x}\,dx 는?
n=−1n=-1 에는 거듭제곱 공식을 쓸 수 없다
✗ 틀린 풀이
∫1xdx=10x0+C\int\dfrac{1}{x}dx=\dfrac{1}{0}x^{0}+C
왜 틀렸나 거듭제곱 공식은 n≠−1n\ne-1 일 때만 쓰고, 1x\dfrac{1}{x} 의 부정적분은 ln⁡∣x∣+C\ln|x|+C 이다.
✓ 바른 풀이
∫1xdx=ln⁡∣x∣+C\int\dfrac{1}{x}dx=\ln|x|+C
검산: x>0x>0 이면 (ln⁡x)′=1x(\ln x)'=\dfrac{1}{x}, x<0x<0 이면 {ln⁡(−x)}′=1x\{\ln(-x)\}'=\dfrac{1}{x} 이므로 절댓값을 붙인다.
1x2\dfrac{1}{x^2} 은 n=−2n=-2 이다
✗ 틀린 풀이
∫1x2dx=ln⁡x2+C\int\dfrac{1}{x^2}dx=\ln x^2+C
왜 틀렸나 1x2=x−2\dfrac{1}{x^2}=x^{-2} 은 지수가 −1-1 이 아니므로 거듭제곱 공식으로 적분한다.
✓ 바른 풀이
∫x−2dx=1−1x−1+C=−1x+C\int x^{-2}dx=\dfrac{1}{-1}x^{-1}+C=-\dfrac{1}{x}+C
검산: (−1x)′=1x2\left(-\dfrac{1}{x}\right)'=\dfrac{1}{x^2} 이다.
자세히 보기펼치기왜 그런지

왜 그런가? (1n+1xn+1)′=xn\left(\dfrac{1}{n+1}x^{n+1}\right)'=x^n 이므로 첫째 식이 성립해요. n=−1n=-1 이면 분모가 00 이 되어 이 식을 쓸 수 없어요.
x>0x>0 이면 (ln⁡x)′=1x(\ln x)'=\dfrac{1}{x}
x<0x<0 이면 {ln⁡(−x)}′=−1−x=1x\{\ln(-x)\}'=\dfrac{-1}{-x}=\dfrac{1}{x}
두 경우를 합쳐 ln⁡∣x∣\ln|x| 로 써요.
근호와 분수는
지수로 바꾸어 공식을 써요.

2지수함수의 부정적분

성질지수함수의 부정적분
∫exdx=ex+C\int e^{x}dx=e^{x}+Ca>0a>0, a≠1a\ne1 일 때 ∫axdx=axln⁡a+C\int a^{x}dx=\dfrac{a^{x}}{\ln a}+C
학생
왜 axa^x 는 ln⁡a\ln a 로 나눠요?
쌤
미분할 때 ln⁡a\ln a 가 곱해졌으니, 거꾸로 적분할 때는 ln⁡a\ln a 로 나눠요. exe^x 는 ln⁡e=1\ln e=1 이라 그대로예요.
지수함수의 적분
∫2xdx=2xln⁡2+C\int2^{x}dx=\dfrac{2^{x}}{\ln2}+C
∫(ex+3x)dx=ex+3xln⁡3+C\int(e^{x}+3^{x})dx=e^{x}+\dfrac{3^{x}}{\ln3}+C
∫5ex+2dx=∫5e2exdx=5ex+2+C\int5e^{x+2}dx=\int5e^{2}e^{x}dx=5e^{x+2}+C
↳e2e^2 은 상수
∫22xdx=∫4xdx=4xln⁡4+C\int2^{2x}dx=\int4^{x}dx=\dfrac{4^{x}}{\ln4}+C
↳22x=4x2^{2x}=4^x
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
∫3x dx\displaystyle\int3^x\,dx 는?
axa^{x} 와 xnx^{n} 을 섞지 않는다
✗ 틀린 풀이
∫2xdx=2x+1x+1+C\int2^{x}dx=\dfrac{2^{x+1}}{x+1}+C
왜 틀렸나 2x2^{x} 은 지수가 변수인 지수함수이므로 ∫axdx=axln⁡a+C\displaystyle\int a^{x}dx=\dfrac{a^{x}}{\ln a}+C 로 적분한다.
✓ 바른 풀이
∫2xdx=2xln⁡2+C\int2^{x}dx=\dfrac{2^{x}}{\ln2}+C
검산: (2xln⁡2)′=2xln⁡2ln⁡2=2x\left(\dfrac{2^{x}}{\ln2}\right)'=\dfrac{2^{x}\ln2}{\ln2}=2^{x} 이다.
자세히 보기펼치기왜 그런지

왜 그런가? (ex)′=ex(e^{x})'=e^{x} 이므로 첫째 식이 성립해요.
(ax)′=axln⁡a(a^{x})'=a^{x}\ln a 이므로 (axln⁡a)′=ax\left(\dfrac{a^{x}}{\ln a}\right)'=a^{x}
ln⁡a\ln a 는 상수이므로 미분할 때 곱해진 ln⁡a\ln a 를 적분할 때 나누어 줘요.

3삼각함수의 부정적분

공식삼각함수의 부정적분
sin
∫sin⁡x dx=−cos⁡x+C\displaystyle \int\sin x\,dx=-\cos x+C
(cos⁡x)′=−sin⁡x(\cos x)'=-\sin x 이므로 부호가 바뀐다.
cos
∫cos⁡x dx=sin⁡x+C\displaystyle \int\cos x\,dx=\sin x+C
sec²
∫sec⁡2x dx=tan⁡x+C\displaystyle \int\sec^2 x\,dx=\tan x+C
(tan⁡x)′=sec⁡2x(\tan x)'=\sec^2 x
csc²
∫csc⁡2x dx=−cot⁡x+C\displaystyle \int\csc^2 x\,dx=-\cot x+C
(cot⁡x)′=−csc⁡2x(\cot x)'=-\csc^2 x
sec tan
∫sec⁡xtan⁡x dx=sec⁡x+C\displaystyle \int\sec x\tan x\,dx=\sec x+C
(sec⁡x)′=sec⁡xtan⁡x(\sec x)'=\sec x\tan x
csc cot
∫csc⁡xcot⁡x dx=−csc⁡x+C\displaystyle \int\csc x\cot x\,dx=-\csc x+C
(csc⁡x)′=−csc⁡xcot⁡x(\csc x)'=-\csc x\cot x
학생
삼각함수 적분 공식은 다 외워야 해요?
쌤
미분 공식을 거꾸로 읽으면 돼요. 미분하면 −- 가 붙는 cos⁡\cos, cot⁡\cot, csc⁡\csc 가 결과에 나올 때 −- 가 붙어요.
삼각함수의 적분
∫(3sin⁡x−2cos⁡x)dx=−3cos⁡x−2sin⁡x+C\int(3\sin x-2\cos x)dx=-3\cos x-2\sin x+C
∫1cos⁡2xdx=∫sec⁡2x dx=tan⁡x+C\int\dfrac{1}{\cos^2 x}dx=\int\sec^2 x\,dx=\tan x+C
∫1sin⁡2xdx=∫csc⁡2x dx=−cot⁡x+C\int\dfrac{1}{\sin^2 x}dx=\int\csc^2 x\,dx=-\cot x+C
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
∫(cos⁡x+sin⁡x) dx\displaystyle\int(\cos x+\sin x)\,dx 는?
sin⁡x\sin x 의 부정적분의 부호
✗ 틀린 풀이
∫sin⁡x dx=cos⁡x+C\int\sin x\,dx=\cos x+C
왜 틀렸나 미분하여 sin⁡x\sin x 가 되는 함수는 −cos⁡x-\cos x 이므로 sin⁡x\sin x 의 부정적분에는 −- 가 붙는다.
✓ 바른 풀이
∫sin⁡x dx=−cos⁡x+C\int\sin x\,dx=-\cos x+C
검산: (−cos⁡x)′=−(−sin⁡x)=sin⁡x(-\cos x)'=-(-\sin x)=\sin x 이다. 적분한 결과는 늘 미분하여 확인한다.
자세히 보기펼치기왜 그런지외우기 카드

삼각함수의 부정적분은 삼각함수의 도함수를 거꾸로 읽은 거예요.
외우는 장치: sin⁡\sin 과 csc⁡2\csc^2, csc⁡cot⁡\csc\cot 처럼 미분했을 때 −- 가 붙는 쪽의 적분에 −- 가 붙어요.

공식 외우기 — 가리고 떠올리기

□ 에 들어갈 것을 종이에 써 보고 「정답 보기」로 확인하세요. 맞혔으면 「더 가리기」로 넘어가요. 마지막 단계는 오른쪽 전체를 가려요.

단계 1 / 2
∫xndx (n≠−1)=1□xn+1+C\int x^n dx\ (n\ne-1)=\dfrac{1}{\square}x^{n+1}+C
단계 1 / 2
∫1xdx=ln⁡□+C\int\dfrac{1}{x}dx=\ln\square+C
단계 1 / 2
∫axdx=ax□+C\int a^{x}dx=\dfrac{a^{x}}{\square}+C
단계 1 / 2부호에 주의
∫sin⁡x dx=□cos⁡x+C\int\sin x\,dx=\square\cos x+C
단계 1 / 1
∫sec⁡2x dx=□\int\sec^2 x\,dx=\square
단계 1 / 2
∫csc⁡2x dx=−□+C\int\csc^2 x\,dx=-\square+C

4식을 변형하여 적분하기

바로 공식에 맞지 않는 식은 공식 꼴로 바꾼 뒤 적분해요.

분수식은 분자의 각 항을 분모로 나누어 항별로 적분해요.

학생
분수식 말고 다른 꼴은 어떻게 바꿔요?
쌤
곱은 전개하고, 삼각함수는 1+tan⁡2x=sec⁡2x1+\tan^2x=\sec^2x 같은 관계로 바꿔요.
식을 바꾼 뒤 적분하기
∫x2+3x−1xdx=∫(x+3−1x)dx\int\dfrac{x^2+3x-1}{x}dx=\int\left(x+3-\dfrac{1}{x}\right)dx
↳나누기
=12x2+3x−ln⁡∣x∣+C=\dfrac{1}{2}x^2+3x-\ln|x|+C
∫(x+1)2xdx=∫(1+2x−12+1x)dx\int\dfrac{(\sqrt{x}+1)^2}{x}dx=\int\left(1+2x^{-\frac{1}{2}}+\dfrac{1}{x}\right)dx
↳전개
=x+4x+ln⁡x+C=x+4\sqrt{x}+\ln x+C
↳x>0x>0 이라 ln⁡∣x∣=ln⁡x\ln|x|=\ln x
∫e2x−4ex+2dx=∫(ex−2)dx=ex−2x+C\int\dfrac{e^{2x}-4}{e^{x}+2}dx=\int(e^{x}-2)dx=e^{x}-2x+C
↳인수분해로 약분
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
x>0x>0 일 때 ∫x+1x dx\displaystyle\int\frac{x+1}{x}\,dx 는?
성질삼각함수 사이의 관계 이용
tan⁡2x\tan^2 x 는 바로 적분할 수 없으므로 삼각함수 사이의 관계 1+tan⁡2x=sec⁡2x1+\tan^2 x=\sec^2 x 를 쓴다.
∫tan⁡2x dx=∫(sec⁡2x−1)dx=tan⁡x−x+C\int\tan^2 x\,dx=\int(\sec^2 x-1)dx=\tan x-x+C
같은 방법으로 1+cot⁡2x=csc⁡2x1+\cot^2 x=\csc^2 x 를 쓰면
∫cot⁡2x dx=∫(csc⁡2x−1)dx=−cot⁡x−x+C\int\cot^2 x\,dx=\int(\csc^2 x-1)dx=-\cot x-x+C
tan⁡2x\tan^2 x 를 거듭제곱 공식으로 적분하지 않는다
✗ 틀린 풀이
∫tan⁡2x dx=13tan⁡3x+C\int\tan^2 x\,dx=\dfrac{1}{3}\tan^3 x+C
왜 틀렸나 거듭제곱 공식은 xx 의 거듭제곱에만 쓰므로 tan⁡2x=sec⁡2x−1\tan^2 x=\sec^2 x-1 로 바꾸어 적분한다.
✓ 바른 풀이
∫tan⁡2x dx=tan⁡x−x+C\int\tan^2 x\,dx=\tan x-x+C
검산: (tan⁡x−x)′=sec⁡2x−1=tan⁡2x(\tan x-x)'=\sec^2 x-1=\tan^2 x 이다.
자세히 보기펼치기왜 그런지예제틀리기 쉬운 곳
바로 적분할 수 없을 때
  1. 1
    분수식이면 분자의 각 항을 분모로 나누어 항별로 적분해요.
    x2+3x−1x=x+3−1x\dfrac{x^2+3x-1}{x}=x+3-\dfrac{1}{x}
  2. 2
    곱이나 거듭제곱이면 전개해요.
    (x+1)2=x+2x+1(\sqrt{x}+1)^2=x+2\sqrt{x}+1
  3. 3
    인수분해로 약분되는지 봐요.
    e2x−4=(ex+2)(ex−2)e^{2x}-4=(e^{x}+2)(e^{x}-2)
  4. 4
    삼각함수는 sin⁡2x+cos⁡2x=1\sin^2 x+\cos^2 x=1, 1+tan⁡2x=sec⁡2x1+\tan^2 x=\sec^2 x, 1+cot⁡2x=csc⁡2x1+\cot^2 x=\csc^2 x 로 바꿔요.
  5. 5
    적분한 결과를 미분하여 처음 함수가 나오는지 확인해요.
응용
∫cos⁡2x1+sin⁡xdx\int\dfrac{\cos^2 x}{1+\sin x}dx
cos⁡2x=(1+sin⁡x)(1−sin⁡x)\cos^2 x=(1+\sin x)(1-\sin x)
↳cos⁡2x=1−sin⁡2x\cos^2 x=1-\sin^2 x 를 인수분해
∫(1−sin⁡x)dx=x+cos⁡x+C\int(1-\sin x)dx=x+\cos x+C
↳약분 후 적분
⚠ 주의검산
부정적분은 미분하면 바로 확인할 수 있어요.
(tan⁡x−x)′=sec⁡2x−1=tan⁡2x(\tan x-x)'=\sec^2 x-1=\tan^2 x ✓
(x+cos⁡x)′=1−sin⁡x(x+\cos x)'=1-\sin x ✓

5여러 가지 함수의 정적분

성질정적분의 계산
F′(x)=f(x)F'(x)=f(x) 일 때 ∫abf(x)dx=[F(x)]ab=F(b)−F(a)\int_a^b f(x)dx=\Big[F(x)\Big]_a^b=F(b)-F(a)다항함수의 정적분과 계산 방법이 같고, 위의 부정적분 공식으로 F(x)F(x) 를 구한다.
학생
정적분에서 따로 주의할 점이 있어요?
쌤
구간이 음수이면 ln⁡∣x∣\ln|x| 의 절댓값을 꼭 써요. ln⁡x\ln x 로 쓰면 음수를 넣게 되어 계산할 수 없어요.
여러 가지 함수의 정적분
[ln⁡∣x∣]1e=ln⁡e−ln⁡1=1\Big[\ln|x|\Big]_1^{e}=\ln e-\ln1=1
↳∫1e1xdx\int_1^{e}\frac{1}{x}dx
[sin⁡x]0π2=1−0=1\Big[\sin x\Big]_0^{\frac{\pi}{2}}=1-0=1
↳∫0π2cos⁡x dx\int_0^{\frac{\pi}{2}}\cos x\,dx
[ex]0ln⁡2=2−1=1\Big[e^{x}\Big]_0^{\ln2}=2-1=1
↳∫0ln⁡2exdx\int_0^{\ln2}e^{x}dx
[tan⁡x]0π4=1−0=1\Big[\tan x\Big]_0^{\frac{\pi}{4}}=1-0=1
↳∫0π4sec⁡2x dx\int_0^{\frac{\pi}{4}}\sec^2 x\,dx
바로 확인방금 배운 것, 10초 문제
∫0πsin⁡x dx\displaystyle\int_{0}^{\pi}\sin x\,dx 의 값은?
구간이 음수이면 절댓값이 꼭 필요하다
✗ 틀린 풀이
∫−2−11xdx=[ln⁡x]−2−1\int_{-2}^{-1}\dfrac{1}{x}dx=\Big[\ln x\Big]_{-2}^{-1}
왜 틀렸나 x<0x<0 에서는 ln⁡x\ln x 가 정의되지 않으므로 1x\dfrac{1}{x} 의 부정적분으로 ln⁡∣x∣\ln|x| 를 써야 한다.
✓ 바른 풀이
[ln⁡∣x∣]−2−1=ln⁡1−ln⁡2=−ln⁡2\Big[\ln|x|\Big]_{-2}^{-1}=\ln1-\ln2=-\ln2
확인: −2≤x≤−1-2\le x\le-1 에서 1x<0\dfrac{1}{x}<0 이므로 정적분 값 −ln⁡2-\ln2 가 음수인 것이 맞다.
자세히 보기펼치기그림
한눈에 정리
이것만은 꼭 기억하세요. 읽은 내용을 떠올리며 하나씩 확인해 보세요.
  1. 1∫xndx=1n+1xn+1+C\int x^n dx=\dfrac{1}{n+1}x^{n+1}+C (n≠−1n\ne-1 인 실수), ∫1xdx=ln⁡∣x∣+C\int\dfrac{1}{x}dx=\ln|x|+C
  2. 2∫exdx=ex+C\int e^{x}dx=e^{x}+C, ∫axdx=axln⁡a+C\int a^{x}dx=\dfrac{a^{x}}{\ln a}+C (a>0a>0, a≠1a\ne1)
  3. 3∫sin⁡x dx=−cos⁡x+C\int\sin x\,dx=-\cos x+C, ∫cos⁡x dx=sin⁡x+C\int\cos x\,dx=\sin x+C, ∫sec⁡2x dx=tan⁡x+C\int\sec^2 x\,dx=\tan x+C, ∫csc⁡2x dx=−cot⁡x+C\int\csc^2 x\,dx=-\cot x+C
  4. 4바로 적분할 수 없는 식은 분수식을 나누거나 삼각함수 사이의 관계로 바꾼 뒤 적분한다. 결과는 미분하여 검산한다.
✗ 자주 하는 실수
  • ∫1xdx\int\dfrac{1}{x}dx 에 거듭제곱 공식을 쓰거나, ln⁡∣x∣\ln|x| 의 절댓값을 빠뜨려 음수 구간의 정적분을 계산하지 못해요.
  • ∫axdx\int a^{x}dx 를 ax+1x+1\dfrac{a^{x+1}}{x+1} 로 계산하거나, ln⁡a\ln a 를 나누지 않고 곱해요.
  • ∫sin⁡x dx=cos⁡x+C\int\sin x\,dx=\cos x+C 처럼 부호를 틀리고, ∫tan⁡2x dx\int\tan^2 x\,dx 에 거듭제곱 공식을 써요.
STEP 2

예제로 익히기

풀이를 보기 전에 먼저 직접 풀어 보고, 한 단계씩 펼쳐 확인하세요.

  1. 예제 1
    부정적분 ∫(3x2−2x+ex)dx\int\left(3x^2-\dfrac{2}{x}+e^{x}\right)dx 를 구하시오.
  2. 예제 2
    부정적분 ∫(2+tan⁡2x)dx\int(2+\tan^2 x)dx 를 구하시오.
  3. 예제 3
    정적분 ∫14x+1xdx\int_1^{4}\dfrac{x+1}{\sqrt{x}}dx 의 값을 구하시오.

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