미적분Ⅱ여러 가지 적분법AI심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

1/(x²+1)²의 정적분

문제

정적분 011(x2+1)2dx\displaystyle \int _{0} ^{1} \frac{1}{( x ^{2} + 1 ) ^{2}} dx의 값은? [4점] π8+14\displaystyle \frac{\pi}{8} + \frac{1}{4}π8+12\displaystyle \frac{\pi}{8} + \frac{1}{2}π4+14\displaystyle \frac{\pi}{4} + \frac{1}{4}π4+12\displaystyle \frac{\pi}{4} + \frac{1}{2}π8\displaystyle \frac{\pi}{8}

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해설

x=tanθx = \tan \theta (π2<θ<π2)\displaystyle \left( - \frac{\pi}{2} < \theta < \frac{\pi}{2} \right)로 놓으면 dx=sec2θdθdx = \sec ^{2} \theta d \theta이고 x=0x = 0일 때 θ=0\theta = 0, x=1x = 1일 때 θ=π4\displaystyle \theta = \frac{\pi}{4} (x2+1)2=(tan2θ+1)2=sec4θ( x ^{2} + 1 ) ^{2} = ( \tan ^{2} \theta + 1 ) ^{2} = \sec ^{4} \theta이므로 011(x2+1)2dx=0π4sec2θsec4θdθ=0π4cos2θdθ\displaystyle \int _{0} ^{1} \frac{1}{( x ^{2} + 1 ) ^{2}} dx = \int _{0} ^{\frac{\pi}{4}} \frac{\sec ^{2} \theta}{\sec ^{4} \theta} d \theta = \int _{0} ^{\frac{\pi}{4}} \cos ^{2} \theta d \theta =0π41+cos2θ2dθ=[θ2+14sin2θ]0π4=π8+14\displaystyle = \int _{0} ^{\frac{\pi}{4}} \frac{1 + \cos 2 \theta}{2} d \theta = \left[ \frac{\theta}{2} + \frac{1}{4} \sin 2 \theta \right] _{0} ^{\frac{\pi}{4}} = \frac{\pi}{8} + \frac{1}{4} 따라서 구하는 값은 π8+14\displaystyle \frac{\pi}{8} + \frac{1}{4}

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