$$$\sqrt{- x^{2} + 3 x}$$$의 적분

$$$\int \sqrt{- x^{2} + 3 x}\, dx$$$을(를) 구하시오.

제곱을 완성하세요 (단계는 »에서 볼 수 있습니다): $$$- x^{2} + 3 x = \frac{9}{4} - \left(x - \frac{3}{2}\right)^{2}$$$:

$${\color{red}{\int{\sqrt{- x^{2} + 3 x} d x}}} = {\color{red}{\int{\sqrt{\frac{9}{4} - \left(x - \frac{3}{2}\right)^{2}} d x}}}$$

$$$u=x - \frac{3}{2}$$$라 하자.

그러면 $$$du=\left(x - \frac{3}{2}\right)^{\prime }dx = 1 dx$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$dx = du$$$임을 얻습니다.

따라서,

$${\color{red}{\int{\sqrt{\frac{9}{4} - \left(x - \frac{3}{2}\right)^{2}} d x}}} = {\color{red}{\int{\sqrt{\frac{9}{4} - u^{2}} d u}}}$$

$$$u=\frac{3 \sin{\left(v \right)}}{2}$$$라 하자.

따라서 $$$du=\left(\frac{3 \sin{\left(v \right)}}{2}\right)^{\prime }dv = \frac{3 \cos{\left(v \right)}}{2} dv$$$ (풀이 과정은 »에서 볼 수 있습니다).

또한 $$$v=\operatorname{asin}{\left(\frac{2 u}{3} \right)}$$$가 성립한다.

따라서,

$$$\sqrt{\frac{9}{4} - u ^{2}} = \sqrt{\frac{9}{4} - \frac{9 \sin^{2}{\left( v \right)}}{4}}$$$

$$$1 - \sin^{2}{\left( v \right)} = \cos^{2}{\left( v \right)}$$$ 항등식을 사용하시오:

$$$\sqrt{\frac{9}{4} - \frac{9 \sin^{2}{\left( v \right)}}{4}}=\frac{3 \sqrt{1 - \sin^{2}{\left( v \right)}}}{2}=\frac{3 \sqrt{\cos^{2}{\left( v \right)}}}{2}$$$

$$$\cos{\left( v \right)} \ge 0$$$라고 가정하면, 다음을 얻습니다:

$$$\frac{3 \sqrt{\cos^{2}{\left( v \right)}}}{2} = \frac{3 \cos{\left( v \right)}}{2}$$$

따라서,

$${\color{red}{\int{\sqrt{\frac{9}{4} - u^{2}} d u}}} = {\color{red}{\int{\frac{9 \cos^{2}{\left(v \right)}}{4} d v}}}$$

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$을 $$$c=\frac{9}{4}$$$와 $$$f{\left(v \right)} = \cos^{2}{\left(v \right)}$$$에 적용하세요:

$${\color{red}{\int{\frac{9 \cos^{2}{\left(v \right)}}{4} d v}}} = {\color{red}{\left(\frac{9 \int{\cos^{2}{\left(v \right)} d v}}{4}\right)}}$$

멱 감소 공식 $$$\cos^{2}{\left(\alpha \right)} = \frac{\cos{\left(2 \alpha \right)}}{2} + \frac{1}{2}$$$를 $$$\alpha= v $$$에 적용하세요:

$$\frac{9 {\color{red}{\int{\cos^{2}{\left(v \right)} d v}}}}{4} = \frac{9 {\color{red}{\int{\left(\frac{\cos{\left(2 v \right)}}{2} + \frac{1}{2}\right)d v}}}}{4}$$

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$을 $$$c=\frac{1}{2}$$$와 $$$f{\left(v \right)} = \cos{\left(2 v \right)} + 1$$$에 적용하세요:

$$\frac{9 {\color{red}{\int{\left(\frac{\cos{\left(2 v \right)}}{2} + \frac{1}{2}\right)d v}}}}{4} = \frac{9 {\color{red}{\left(\frac{\int{\left(\cos{\left(2 v \right)} + 1\right)d v}}{2}\right)}}}{4}$$

각 항별로 적분하십시오:

$$\frac{9 {\color{red}{\int{\left(\cos{\left(2 v \right)} + 1\right)d v}}}}{8} = \frac{9 {\color{red}{\left(\int{1 d v} + \int{\cos{\left(2 v \right)} d v}\right)}}}{8}$$

상수 법칙 $$$\int c\, dv = c v$$$을 $$$c=1$$$에 적용하십시오:

$$\frac{9 \int{\cos{\left(2 v \right)} d v}}{8} + \frac{9 {\color{red}{\int{1 d v}}}}{8} = \frac{9 \int{\cos{\left(2 v \right)} d v}}{8} + \frac{9 {\color{red}{v}}}{8}$$

$$$w=2 v$$$라 하자.

그러면 $$$dw=\left(2 v\right)^{\prime }dv = 2 dv$$$ (단계는 »에서 볼 수 있습니다), 그리고 $$$dv = \frac{dw}{2}$$$임을 얻습니다.

적분은 다음과 같이 됩니다.

$$\frac{9 v}{8} + \frac{9 {\color{red}{\int{\cos{\left(2 v \right)} d v}}}}{8} = \frac{9 v}{8} + \frac{9 {\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(w \right)}}{2} d w}}}}{8}$$

상수배 법칙 $$$\int c f{\left(w \right)}\, dw = c \int f{\left(w \right)}\, dw$$$을 $$$c=\frac{1}{2}$$$와 $$$f{\left(w \right)} = \cos{\left(w \right)}$$$에 적용하세요:

$$\frac{9 v}{8} + \frac{9 {\color{red}{\int{\frac{\cos{\left(w \right)}}{2} d w}}}}{8} = \frac{9 v}{8} + \frac{9 {\color{red}{\left(\frac{\int{\cos{\left(w \right)} d w}}{2}\right)}}}{8}$$

코사인의 적분은 $$$\int{\cos{\left(w \right)} d w} = \sin{\left(w \right)}$$$:

$$\frac{9 v}{8} + \frac{9 {\color{red}{\int{\cos{\left(w \right)} d w}}}}{16} = \frac{9 v}{8} + \frac{9 {\color{red}{\sin{\left(w \right)}}}}{16}$$

다음 $$$w=2 v$$$을 기억하라:

$$\frac{9 v}{8} + \frac{9 \sin{\left({\color{red}{w}} \right)}}{16} = \frac{9 v}{8} + \frac{9 \sin{\left({\color{red}{\left(2 v\right)}} \right)}}{16}$$

다음 $$$v=\operatorname{asin}{\left(\frac{2 u}{3} \right)}$$$을 기억하라:

$$\frac{9 \sin{\left(2 {\color{red}{v}} \right)}}{16} + \frac{9 {\color{red}{v}}}{8} = \frac{9 \sin{\left(2 {\color{red}{\operatorname{asin}{\left(\frac{2 u}{3} \right)}}} \right)}}{16} + \frac{9 {\color{red}{\operatorname{asin}{\left(\frac{2 u}{3} \right)}}}}{8}$$

다음 $$$u=x - \frac{3}{2}$$$을 기억하라:

$$\frac{9 \sin{\left(2 \operatorname{asin}{\left(\frac{2 {\color{red}{u}}}{3} \right)} \right)}}{16} + \frac{9 \operatorname{asin}{\left(\frac{2 {\color{red}{u}}}{3} \right)}}{8} = \frac{9 \sin{\left(2 \operatorname{asin}{\left(\frac{2 {\color{red}{\left(x - \frac{3}{2}\right)}}}{3} \right)} \right)}}{16} + \frac{9 \operatorname{asin}{\left(\frac{2 {\color{red}{\left(x - \frac{3}{2}\right)}}}{3} \right)}}{8}$$

따라서,

$$\int{\sqrt{- x^{2} + 3 x} d x} = \frac{9 \sin{\left(2 \operatorname{asin}{\left(\frac{2 x}{3} - 1 \right)} \right)}}{16} + \frac{9 \operatorname{asin}{\left(\frac{2 x}{3} - 1 \right)}}{8}$$

공식 $$$\sin{\left(2 \operatorname{asin}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{1 - \alpha^{2}}$$$, $$$\sin{\left(2 \operatorname{acos}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{1 - \alpha^{2}}$$$, $$$\cos{\left(2 \operatorname{asin}{\left(\alpha \right)} \right)} = 1 - 2 \alpha^{2}$$$, $$$\cos{\left(2 \operatorname{acos}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha^{2} - 1$$$, $$$\sinh{\left(2 \operatorname{asinh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{\alpha^{2} + 1}$$$, $$$\sinh{\left(2 \operatorname{acosh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha \sqrt{\alpha - 1} \sqrt{\alpha + 1}$$$, $$$\cosh{\left(2 \operatorname{asinh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha^{2} + 1$$$, $$$\cosh{\left(2 \operatorname{acosh}{\left(\alpha \right)} \right)} = 2 \alpha^{2} - 1$$$을 사용하여 식을 간단히 하십시오:

$$\int{\sqrt{- x^{2} + 3 x} d x} = \frac{9 \sqrt{1 - \left(\frac{2 x}{3} - 1\right)^{2}} \left(\frac{2 x}{3} - 1\right)}{8} + \frac{9 \operatorname{asin}{\left(\frac{2 x}{3} - 1 \right)}}{8}$$

더 단순화하십시오:

$$\int{\sqrt{- x^{2} + 3 x} d x} = \frac{\sqrt{9 - \left(2 x - 3\right)^{2}} \left(2 x - 3\right)}{8} + \frac{9 \operatorname{asin}{\left(\frac{2 x}{3} - 1 \right)}}{8}$$

적분 상수를 추가하세요:

$$\int{\sqrt{- x^{2} + 3 x} d x} = \frac{\sqrt{9 - \left(2 x - 3\right)^{2}} \left(2 x - 3\right)}{8} + \frac{9 \operatorname{asin}{\left(\frac{2 x}{3} - 1 \right)}}{8}+C$$

$$$\int \sqrt{- x^{2} + 3 x}\, dx = \left(\frac{\sqrt{9 - \left(2 x - 3\right)^{2}} \left(2 x - 3\right)}{8} + \frac{9 \operatorname{asin}{\left(\frac{2 x}{3} - 1 \right)}}{8}\right) + C$$$A