미적분학 2: 벼락치기 팩

공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 8개가 들어 있으며 전체 풀이는 맨 뒤에 있습니다.

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1공식과 풀이 방법

적분

거듭제곱 미분법
∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1) + C
정적분
∫ab f dx = F(b) − F(a)
주요 적분
∫eˣ dx = eˣ, ∫1/x dx = ln|x|, ∫sin x dx = −cos x
곡선 사이의 넓이
∫ab (f − g) dx

방법

  1. 가능하면 피적분 함수를 간단한 항들의 합으로 다시 쓰세요.
  2. 거듭제곱 법칙 ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1)과 ex, 1/x, sin, cos의 기본 적분을 적용하세요.
  3. 함수와 그 도함수가 함께 보이면 치환을 쓰세요.
  4. 정적분은 F(b) − F(a)를 계산하세요.

수열과 급수

등차수열
aₙ = a₁ + (n − 1)d, Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2
등비수열
aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r)
무한 등비급수
S = a₁/(1 − r), |r| < 1
p-급수
Σ1/kᵖ converges only for p > 1
비율 판정법
L = lim |ak+1/ak|: L < 1 converges, L > 1 diverges
수렴 반지름
R = lim |ck/ck+1|
테일러 다항식
Pₙ(x) = Σ f⁽ᵏ⁾(a)(x − a)ᵏ/k!
매클로린 급수
eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + …, cos x = 1 − x²/2! + …, ln(1 + x) = x − x²/2 + …
라그랑주 오차 한계
|Rₙ| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!

방법

  1. 종류를 파악하세요: 등차(일정한 차), 등비(일정한 비), 표준 급수, 멱급수, 테일러 다항식.
  2. 합에는 Sₙ = n(a₁ + aₙ)/2, Sₙ = a₁(1 − rⁿ)/(1 − r), 또는 |r| < 1일 때 S = a₁/(1 − r)을 쓰세요. a₁은 합의 첫째 항입니다.
  3. 수렴은 먼저 n번째 항 판정법을 쓰고, 그다음 Σ1/kᵖ이나 등비급수와 비교하며, 팩토리얼과 k제곱에는 비율 판정법이나 근 판정법을 쓰세요.
  4. 테일러 다항식은 f(a), f′(a), f″(a), …를 나열하고, k계 도함수를 k!로 나누며, 오차는 M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!로 한정하세요.

다변수 미적분

편도함수
fx = ∂f/∂x (y constant), fxy = fyx
기울기
∇f = (fx, fy), largest slope |∇f|
방향 도함수
Duf = ∇f·u, u = v/|v|
접평면
z = f(a, b) + fx(x − a) + fy(y − b)
연쇄 법칙
dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt
이계 도함수 판정법
D = fxxfyy − fxy²: D > 0, fxx > 0 minimum; D > 0, fxx < 0 maximum; D < 0 saddle
이중적분
∬R f dA = ∫ab∫g(x)h(x) f dy dx
극좌표
x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ

방법

  1. 편도함수는 다른 변수를 상수로 다루고 일변수 규칙을 쓰세요.
  2. 그래디언트 문제는 그 점에서 ∇f = (fx, fy)를 계산하세요. 가장 가파른 기울기에는 |∇f|를, 방향 도함수에는 단위벡터 u와의 ∇f·u를 쓰세요.
  3. 극값은 fx = 0과 fy = 0을 연립해서 풀고, 모든 점을 D = fxx·fyy − fxy²로 분류하세요.
  4. 이중적분은 영역을 스케치하고, 안쪽 한계가 경계 곡선이 되도록 순서(원판은 극좌표)를 고르고, 안쪽부터 적분하세요.

미분방정식

지수적 성장/감소
dy/dt = ky → y = y0ekt
반감기
k = ln 2 / t½
뉴턴의 냉각 법칙
T(t) = Ta + (T0 − Ta)e−kt
적분 인자
y′ + p(x)y = q(x): μ = e∫p dx, (μy)′ = μq
혼합 탱크
dm/dt = r·c − (r/V)·m

2연습 문제

1.적분보통
xy210

I = ∫210 5/x dx를 계산하세요.

f(x) = 5/x[2, 10]
I =
2.적분어려움
xyy = x2​y = 4x

y = x2과 y = 4x로 둘러싸인 영역의 넓이 A를 구하세요.

y = x2y = 4x
A =
3.수열과 급수보통
AΣ (−1)ᵏ/kk = 1 … ∞BΣ 3ᵏ/k!k = 1 … ∞CΣ (2k + 1)/(k + 2)k = 1 … ∞DΣ 1/k³k = 1 … ∞

네 급수 중 정확히 하나가 발산한다. 그것을 클릭하세요.

A: Σ (−1)ᵏ/kB: Σ 3ᵏ/k!C: Σ (2k + 1)/(k + 2)D: Σ 1/k³
  1. 1A: Σ (−1)ᵏ/k
  2. 2B: Σ 3ᵏ/k!
  3. 3C: Σ (2k + 1)/(k + 2)
  4. 4D: Σ 1/k³
4.수열과 급수어려움

f(x) = eˣ을(를) x = 0.2에서 3차 매클로린 다항식으로 근사한다. M = e0.2 = 1.221으로 라그랑주 오차 한계 M·|x|ⁿ⁺¹/(n + 1)!을 써서 가능한 최대 오차 |R₃|을(를) 구하시오.

f(x) = eˣn = 3x = 0.2M = 1.221
|R₃| =
5.다변수 미적분보통
xy−12∇fP

f(x, y) = −x³y − 4x² − y²일 때 점 (−1, 2)에서 f의 최대 변화율, 곧 |∇f|을(를) 구하시오.

f(x, y) = −x³y − 4x² − y²P = (−1, 2)
|∇f| =
6.다변수 미적분어려움
xy21

R이 고리 1 ≤ x² + y² ≤ 4일 때 극좌표를 써서 I = ∬R (x² + y²) dA를 계산하시오.

f = x² + y²1 ≤ r ≤ 20 ≤ θ ≤ 2π
I =
7.미분방정식보통
t (min)T (°C)9Ta​T = ?

3 °C의 탄산음료 캔을 냉장고에서 꺼내 25 °C인 방에 둡니다. 이것은 뉴턴의 냉각 법칙 dT/dt = −k·(T − Tₐ)를 따릅니다. k = 0.08 min⁻¹일 때 9분 후의 온도 T을(를) 구하세요.

T0 = 3 °CTa = 25 °Ck = 0.08 min⁻¹t = 9 min
T = °C
8.미분방정식어려움
xy13(1, 3)y(3) = ?

x > 0에서 초기값 문제 y′ + 2y/x = 2x2, y(1) = 3를 푸세요. y(3)을(를) 구하세요.

y′ + 2y/x = 2x2y(1) = 3
y(3) =

3용액

1.적분

답: I = 8.047

정적분: ∫ₐᵇ f(x) dx는 a부터 b까지 그래프와 x축 사이의 부호 있는 넓이입니다. 원시함수 F(F′ = f)를 구하고 F(b) − F(a)를 계산합니다. 거듭제곱 법칙: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). 두 곡선 사이의 넓이는 ∫(위 − 아래) dx입니다.

원시함수

F(x) = 5·ln x

위끝과 아래끝 대입하기

I = 5·(ln 10 − ln 2) = 5·ln 5 = 8.047

답

I = 8.047
2.적분

답: A = 10.67

정적분: ∫ₐᵇ f(x) dx는 a부터 b까지 그래프와 x축 사이의 부호 있는 넓이입니다. 원시함수 F(F′ = f)를 구하고 F(b) − F(a)를 계산합니다. 거듭제곱 법칙: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). 두 곡선 사이의 넓이는 ∫(위 − 아래) dx입니다.

교점

x2 = 4x → x = 0, x = 4

위에서 아래를 빼서 적분하기

A = [2x2 − 0.3333x3]04 = 10.67

답

A = 10.67
3.수열과 급수

답: C: Σ (2k + 1)/(k + 2)

수렴: 항이 0으로 가지 않으면 급수는 발산합니다(n번째 항 판정법). Σ1/kᵖ은 p > 1일 때만, Σrᵏ은 |r| < 1일 때만 수렴합니다. k가 클 때 항이 이들과 비슷하게 행동하면 비교하세요. 비율 판정법: L = lim |ak+1/ak|, 근 판정법: L = lim |ak|1/k. L < 1이면 수렴, L > 1이면 발산, L = 1이면 아무것도 결정하지 못합니다. 멱급수 Σck(x − x₀)ᵏ은 R = lim |ck/ck+1|일 때 |x − x₀| < R에서 수렴합니다. 항이 0으로 감소하는 교대급수는 수렴합니다.

각 급수 판정하기

A: Σ (−1)ᵏ/k → 교대급수이고 1/k이 0으로 감소합니다: (조건부) 수렴합니다.
B: Σ 3ᵏ/k! → 비율 판정법: L = lim 3/(k + 1) = 0 < 1이므로 수렴합니다.
C: Σ (2k + 1)/(k + 2) → 항이 0이 아니라 2(으)로 갑니다: n번째 항 판정법에 의해 발산합니다.
D: Σ 1/k³ → p = 3 > 1인 p-급수: 수렴합니다.

답

C: Σ (2k + 1)/(k + 2)

답

C: Σ (2k + 1)/(k + 2)
4.수열과 급수

답: |R₃| = 8.143 × 10⁻⁵

테일러 다항식: x = a 근처에서 매끄러운 함수는 Pₙ(x) = f(a) + f′(a)(x − a) + f″(a)(x − a)²/2! + … + f⁽ⁿ⁾(a)(x − a)ⁿ/n!으로 근사되며, a = 0이면 매클로린 다항식입니다. 표준 급수: eˣ = Σxᵏ/k!, sin x = x − x³/3! + x⁵/5! − …, cos x = 1 − x²/2! + x⁴/4! − …, ln(1 + x) = x − x²/2 + x³/3 − …, 1/(1 − x) = Σxᵏ. 라그랑주 오차 한계: |f(x) − Pₙ(x)| ≤ M·|x − a|ⁿ⁺¹/(n + 1)!이며, M은 a와 x 사이에서 |f⁽ⁿ⁺¹⁾|의 최댓값입니다.

도함수의 한계

M = e0.2 = 1.221

라그랑주 한계

|R₃| ≤ 1.221·0.2⁴/4! = 8.143 × 10⁻⁵

답

|R₃| = 8.143 × 10⁻⁵

실제 오차는 더 작습니다: |f(0.2) − P₃(0.2)| = 6.942 × 10⁻⁵.

5.다변수 미적분

답: |∇f| = 3.606

그래디언트: ∇f = (fx, fy)는 가장 가파르게 증가하는 방향을 가리키며, |∇f|는 가장 큰 변화율입니다. 방향 v를 따른 방향 도함수는 단위벡터 u = v/|v|에 대해 Duf = ∇f·u입니다. (a, b)에서의 접평면은 z = f(a, b) + fx(a, b)(x − a) + fy(a, b)(y − b)이며, 그 점 근처에서 f의 선형 근사를 줍니다. 연쇄 법칙: dz/dt = fx·dx/dt + fy·dy/dt.

편도함수

fx = −3x²y − 8x → fx(−1, 2) = 2
fy = −x³ − 2y → fy(−1, 2) = −3

그래디언트의 길이

|∇f| = √(2² + (−3)²) = 3.606

답

|∇f| = 3.606
6.다변수 미적분

답: I = 23.56

임계점과 이중적분: 임계점에서는 fx = fy = 0입니다. D = fxxfyy − fxy²를 쓰는 이계 도함수 판정법: D > 0이고 fxx > 0이면 극소, D > 0이고 fxx < 0이면 극대, D < 0이면 안장점, D = 0이면 아무것도 결정하지 못합니다. 일반적인 영역 위의 이중적분에서는 안쪽 적분 한계를 영역을 둘러싸는 곡선으로 두고, 원판과 부채꼴에는 극좌표 x = r cos θ, y = r sin θ, dA = r dr dθ를 쓰세요(인수 r을 잊지 마세요).

극형식

I = ∫02π ∫12 r²·r dr dθ

적분하기

∫ r²·r dr = [r⁴/4]
I = 23.56

답

I = 23.56
7.미분방정식

답: T = 14.29 °C

1계 미분방정식: dy/dt = k·y의 해는 y = y₀·ekt입니다(k > 0이면 성장, k < 0이면 감소). 반감기가 T이면 k = ln 2/T입니다. 뉴턴의 냉각 법칙 dT/dt = −k·(T − Tₐ)의 해는 T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt입니다. 선형 방정식 y′ + p(x)·y = q(x)는 적분 인자 μ = e∫p dx로 풉니다: (μy)′ = μq이므로 μy = ∫μq dx + C.

냉각 법칙의 해

T(t) = 25 + (−22)·e−0.08t

t 대입

T(9) = 25 + (−22)·0.4868 = 14.29 °C

답

T = 14.29 °C
8.미분방정식

답: y(3) = 11.09

1계 미분방정식: dy/dt = k·y의 해는 y = y₀·ekt입니다(k > 0이면 성장, k < 0이면 감소). 반감기가 T이면 k = ln 2/T입니다. 뉴턴의 냉각 법칙 dT/dt = −k·(T − Tₐ)의 해는 T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt입니다. 선형 방정식 y′ + p(x)·y = q(x)는 적분 인자 μ = e∫p dx로 풉니다: (μy)′ = μq이므로 μy = ∫μq dx + C.

적분 인자

μ = e∫2/x dx = x2

적분하기

(x2y)′ = 2x4 → x2y = 2x5/5 + C

초기 조건

3 = 2/5 + C → C = 2.6

계산하기

y(3) = (2·35/5 + 2.6)/32 = 11.09

답

y(3) = 11.09

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