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

절댓값이 있는 x^2 cos x 의 정적분

문제

정적분 0πx2cosxdx\displaystyle \int _{0} ^{\pi} x ^{2} \left| \cos x \right| dx의 값은? [4점] π224\displaystyle \frac{\pi ^{2}}{2} - 4π22+2π4\displaystyle \frac{\pi ^{2}}{2} + 2 \pi - 4π222π+4\displaystyle \frac{\pi ^{2}}{2} - 2 \pi + 4π24+2π4\displaystyle \frac{\pi ^{2}}{4} + 2 \pi - 4π2+2π4\pi ^{2} + 2 \pi - 4

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해설

x2cosxdx=x2sinx2xsinxdx=x2sinx+2xcosx2sinx+C\displaystyle \int x ^{2} \cos x dx = x ^{2} \sin x - \int 2 x \sin x dx = x ^{2} \sin x + 2 x \cos x - 2 \sin x + C이므로 G(x)=x2sinx+2xcosx2sinxG ( x ) = x ^{2} \sin x + 2 x \cos x - 2 \sin x라 하면 G(x)=x2cosxG' ( x ) = x ^{2} \cos x 0xπ2\displaystyle 0 \leq x \leq \frac{\pi}{2}에서 cosx0\cos x \geq 0, π2xπ\displaystyle \frac{\pi}{2} \leq x \leq \pi에서 cosx0\cos x \leq 0이므로 0πx2cosxdx=0π2x2cosxdxπ2πx2cosxdx\displaystyle \int _{0} ^{\pi} x ^{2} \left| \cos x \right| dx = \int _{0} ^{\frac{\pi}{2}} x ^{2} \cos x dx - \int _{\frac{\pi}{2}} ^{\pi} x ^{2} \cos x dx ={G(π2)G(0)}{G(π)G(π2)}=2G(π2)G(0)G(π)\displaystyle = \left\{ G \left( \frac{\pi}{2} \right) - G ( 0 ) \right\} - \left\{ G ( \pi ) - G \left( \frac{\pi}{2} \right) \right\} = 2 G \left( \frac{\pi}{2} \right) - G ( 0 ) - G ( \pi ) G(π2)=π242,G(0)=0,G(π)=2π\displaystyle G \left( \frac{\pi}{2} \right) = \frac{\pi ^{2}}{4} - 2 , G ( 0 ) = 0 , G ( \pi ) = - 2 \pi이므로 0πx2cosxdx=2(π242)0+2π=π22+2π4\displaystyle \int _{0} ^{\pi} x ^{2} \left| \cos x \right| dx = 2 \left( \frac{\pi ^{2}}{4} - 2 \right) - 0 + 2 \pi = \frac{\pi ^{2}}{2} + 2 \pi - 4 따라서 구하는 값은 π22+2π4\displaystyle \frac{\pi ^{2}}{2} + 2 \pi - 4이다. 답 ②

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