수학의 정석

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[차현우] 실력편 미적분 (2018) - 정적분의 계산
필수예제 15-11(1) 질문

강의 중 문제에서 In을 부분적분을 통해 구하면서 , du/dx = sinx (u 프라임) , v=(sinx)의 n-1제곱 으로 바로 설정하셨는데 이런 사고에 도달한 과정이 궁금합니다. 최종적으로 '부분적분을 하기 위해서'라는 점은 이해가 됩니다. 그러나, sinx를 n번 제곱함을 다른 방법으로 표현할 수도 있는데 (가령 (sinx)의 제곱 X (sinx)의 n-2제곱) Q1) 왜 하필 du/dx = sinx (u 프라임) , v=(sinx)의 n-1제곱으로 정하는 것인지 (du/dx = sinx (u 프라임) , v=(sinx)의 n-1제곱라는 점을 안 상태에서 이렇게 해야 I2를 식에 등장시킬 수 있음은 파악했습니다. 그런데 문제를 처음 접한 상태에서 풀어나간다고 했을 때 첫 시작을 어떻게 잡아야 하는지가 어렵습니다.) 또, 부분적분에서 '로그함수, 다항함수, 삼각함수, 지수함수 순서로 v라고 설정한다.'(실력정석 p 255 하단)라고 배웠는데 Q2) 그렇다면 위 문제 같은 경우에서 지수를 둘로 나누었을 때(문제에서는 n과 1) 큰 지수를 가진 부분을 항상 v라고 하며, 상대적으로 작은 지수를 가진 부분을 du/dx라고 하는 것인지가 궁금합니다.

물론 가장 좋은 것은 시행착오를 통하여 여러가지 생각을 한 후에 이러한 과정으로 하는 것이 가장 편하다는 것을 활용하는 것입니다. 다만, 시행착오를 겪으면서 du/dx 와 v 를 설정할 때 가장 중요한 것은 du/dx 는 적분하기 좋은 형태로 설정하고, v는 미분하기 좋은 형태로 설정하는 것이 가장 좋다는 것입니다. 그 과정 속에서 sin의 n 제곱을 적절히 분리시켜 부분 적분으로 만드는 과정에서 적분하기 좋게 분리시키려면 굳이 sin²x나 sin³x 를 분리시키는 것보다는 sinx 만 분리를 시키는 것이 편하기 때문에 적분해야 하는 du/dx 를 sinx 로, v 를 sin^(n-1) x 로 표현한 것입니다. 모든 문제에서 지수를 둘로 나누었을 때, 큰 지수를 가진 부분을 v, 작은 지수를 가진 부분을 du/dx 라고 하는 것이 아니라, 큰 지수를 가진 부분보다 작은 지수를 가진 부분이 적분하기 편할 가능성이 높기 때문에 작은 지수를 가진 부분을 du/dx 라고 설정하는 것이며, 큰 지수를 가진 부분이 작은 지수를 가진 부분보다 적분하기 편하다면, 큰 지수를 가진 부분을 du/dx 로 설정해도 상관이 없습니다. 결국, 교재에 나와있는 내용에 대해서 생각할 때도, 로그함수는 적분하기가 까다로운 경우가 많기 때문에 du/dx 의 후보 순서에서는 뒤로 밀리기 때문에 v로 설정하는 것이며, 각각 다함함수, 삼각함수, 지수함수의 순서로 적분하기 까다로운 경우가 많기 때문에 미분을 우선시 한다고 생각하시면 되겠네요.

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