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[공업수학1]10 적분의 기법

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Academic year: 2021

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(1)

적분의 기법

목포해양대학교 김 용 화

개요



적분법



해석적 (analytic)  정확한 적분



수치적 (numerical)  근사적 적분



해석적 기법



부분적분



치환적분



부분분수를 이용한 적분

2

(2)

부분 적분



두 함수의 곱을 적분



미분의 곱셈법칙으로부터 유도



예제 14.1, 14.2, 14.3, 14.4, 14.5

3

( )

dx dv u v dx du uv dx d = +

( )

v dx du uv dx d dx dv u = −

( )

= − vdx dx du dx uv dx d dx dx dv u

( )

uv dx uv dx d =

      − =       dx dx du v uv dx dx dv u

[ ]

      − =       b a b a b a dx dx du v uv dx dx dv u

치환 적분



연쇄법칙과 동등한 적분



삼각함수 치환



형태의 함수 치환



예제 14.6, ~ 14.13

f dx df / c f dx f dx df + =

/ ln

(3)

부분분수를 이용한 적분



부분분수



여러 개의 분수식을 더하면 하나의 분수식으로



하나의 분수식을 간단한 분수식들의 합으로



의 부분분수



1차 선형인자



다중선형인자



2차 선형인자

5

(

) (

)

(

)(

)

3 2 8 6 2 1 1 4 2 2 2 4 1 2 2 + + + = + + + + + = + + + x x x x x x x x x 1 2 + x 2 4 + x 3 2 8 6 2+ + + x x x b ax +

(

ax+b

) (

2, ax+b

)

3,... c bx ax2+ +

부분분수



분모가 선형인자로 인수분해 될 때



1차 선형인자



분모를 인수분해한다



분모의 각 인자가 부분분수를 이룬다

 인자는 라는 부분분수가 된다. (A는 미지수) 

부분분수의 미지수를 계산한다

6 b ax + b ax A +

(4)

부분분수





분모의 인수 분해



1차 선형인자



1차 선형인자



미지수 A, B 계산

7 2 3 8 6 2+ + + x x x

(

1

)(

2

)

2 3 2+ + = + + x x x x

(

x+1

)

x+1 A

(

x+2

)

2 + x B 2 1 2 3 8 6 2+ + = + + + + x B x A x x x

(

) (

)

(

)(

)

(

) (

3 2

)

2 2 1 2 1 2 1 2+ + + + + = + + + + + = + + + x x B A x B A x x x B x A x B x A

(

) (

)

(

) (

2

)

6 8 8 6 2 1 + = + + + + = + + + x B A x B A x x B x A

부분분수



미지수 계산을 위한 두 가지 방법



x

의 특정값 이용

x=-1을 위의 수식에 대입 x=-2를 위의 수식에 대입 

계수 비교

(

A+B

) (

x+ A+2B

)

=6x+8

(

x+1

) (

+Bx+2

)

=6x+8 A

(

−1+1

) (

+B−1+2

) ( )

=6−1+8→B=2 A

(

−2+1

) (

+B−2+2

) ( )

=6−2 +8→−A=−4→A=4 A

(5)

부분분수



분모가 선형인자로 인수분해 될 때



다중선형인자



다중선형인자

는 부분분수

가 된다



분모의 인수분해  2차 선형인자 는 1차 선형인자 는 9

(

)

2 b ax +

(

)

2 b ax B b ax A + + +

(

4 4 1

)

(

1

)

13 14 2 2 − + + + x x x x x

(

4 2+4 +1

)

(

1

) (

= 2 +1

) (

2 1

)

x x x x x

(

x−1

)

(

)

2 1 2x+

(

)

2 1 2 1 2 + + x+ B x A 1 − x C

(

4 4 1

)

(

1

)

2 1

(

2 1

)

1 13 14 2 2 2 − + + + + = − + + + x C x B x A x x x x x

부분분수



미지수 계산

양변에 를 곱하면 x=1을 대입하면 x=-1/2을 대입하면 x2의 계수를 비교하면 10

(

4 4 1

)

(

1

)

2 1

(

2 1

)

1 13 14 2 2 2 − + + + + = − + + + x C x B x A x x x x x

(

2x+1

) (

2x−1

)

(

)(

)

(

)

(

)

2 2 1 2 1 1 1 2 13 14x + x=A x+ x− +B x− +C x+

( )

3 27 9 3 13 14+ =C 2→ = C→C= 2 2 3 3 2 3 2 13 4 14 = → − = − → − = − B B B 1 4 2 14= A+ C→A=

(

)

(

)

(

)

1 3 1 2 2 1 2 1 1 1 4 4 13 14 2 2 2 − + + + + = − + + + x x x x x x x x

(6)

부분분수



2차 선형인자



2차 선형인자

의 부분분수가 된다



1차인자 는 2차인자 는 11 c bx ax2+ + c bx ax B Ax + + + 2 52 11 2 14 11 3 2 3 2 − − + + + x x x x x

(

)

(

)

13 6 4 52 11 2 2 2 3+ = + + x x x x x x 13 6 2+ x+ x 4 − x x4 A 13 6 2+ + + x x C Bx 13 6 4 52 11 2 14 11 3 2 2 3 2 + + + + − = − − + + + x x C Bx x A x x x x x

부분분수



미지수 계산

양변에 를 곱함 x=4를 위의 수식에 대입하면 x2항의 계수를 비교하면 상수항을 비교하면 13 6 4 52 11 2 14 11 3 2 2 3 2 + + + + − = − − + + + x x C Bx x A x x x x x

(

4

)

(

2+6 +13

)

x x x

(

6 13

)

(

)(

4

)

14 11 3 2 2 − + + + + = + + x Ax x Bx C x x

(

)

2 , 53 106 13 4 6 4 14 4 11 4 3 2 2 = = + ⋅ + = + ⋅ + ⋅ A A A 1 , 3=A+B B= 3 , 4 13 14= A− C C=

(7)

부분분수



부적합한 분수식



분자의 차수 n이 분모의 차수 d보다 큰 경우



n

-d차의 다항식을 추가해야 함



분자의 차수가 3, 분모의 차수가 2  부적합 n-d=1이므로 1차의 다항식 를 추가해야 함 분모의 인수분해 13 x x x x + + + 2 3 2 4 10 4 B Ax+

(

2 1

)

2 2+ = + x x x x

(

2 1

)

2 1 4 10 4 2 4 10 4 3 2 3 + + + + = + + + = + + + x D x C B Ax x x x x x x x x

부분분수



미지수 계산

양변에 를 곱함 x=0을 위의 수식에 대입하면 x=-1/2을 위의 수식에 대입하면 x3항의 계수를 비교하면 x항의 계수를 비교하면 14

(

2x+1

)

x

(

2 1

)

2 1 4 10 4 2 4 10 4 3 2 3 + + + + = + + + = + + + x D x C B Ax x x x x x x x x

(

Ax B

) (

x x

)

C

(

x

)

Dx x x +10 +4= + 2 +1+ 2 +1+ 4 3

(

2 0 1

)

4 4=C ⋅ + →C= 3 2 4 5 2 1 2 1 4 2 1 10 2 1 4 3 = → − = + − − − = +       − +       − D D D 2 2 4= A→A= 1 2 10=B+ C+D →B=−

(

)

2 1 3 4 1 2 1 2 4 10 4 2 4 10 4 3 2 3 + + + − = + + + = + + + x x x x x x x x x x x

(8)

부분분수를 이용한 적분



부분분수를 활용한 적분



예제 14.14, 14,15

참조

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