BETAInsomnia Studyroom부정적분
부정적분

22개정 교과과정

미적분Ⅰ

함수의 극한과 연속, 미분, 적분을 개념 설명과 계산 체크포인트로 학습합니다.

2022 개정 고등학교 수학의 미적분Ⅰ 흐름에 맞춰 극한에서 미분, 적분으로 이어지는 핵심 개념을 정리합니다.

22개정 · 적분

부정적분

부정적분은 미분했을 때 주어진 함수가 되는 모든 함수를 찾는 것입니다. 다항함수에서는 각 항의 지수를 1만큼 올리고 그 새 지수로 나눈 뒤, 마지막에 적분상수 \(C\)를 붙입니다.

학습 목표

  • 원시함수와 부정적분의 뜻을 식과 문장으로 설명할 수 있습니다.
  • 적분상수 \(C\)가 필요한 이유를 미분과 그래프로 설명할 수 있습니다.
  • 다항함수에 부정적분의 선형성과 거듭제곱 공식을 적용할 수 있습니다.
  • 주어진 조건으로 하나의 원시함수를 결정하고 미분으로 검산할 수 있습니다.

1. 핵심 정의 — 무엇을 찾는가?

어떤 구간에서 \(F'(x)=f(x)\)이면 \(F\)를 \(f\)의 원시함수라고 합니다. \(f\)의 모든 원시함수를 한꺼번에 나타낸 것이 부정적분입니다.

\[F'(x)=f(x)\quad\Longrightarrow\quad \int f(x)\,dx=F(x)+C\]

부정적분의 답은 보통 하나의 수가 아니라 \(C\)의 값에 따라 달라지는 함수들의 모임입니다.

2. 적분 기호 읽기

기호이름역할
\(\int\)적분 기호원시함수를 찾는 연산을 나타냅니다.
\(f(x)\)피적분함수미분 결과로 주어진 함수입니다.
\(dx\)적분변수 표시\(x\)에 대하여 적분한다는 뜻입니다.
\(C\)적분상수서로 다른 모든 원시함수를 포함합니다.

\(dx\)는 장식이 아닙니다. \(\int 2t\,dt=t^2+C\)처럼 적분할 변수가 바뀌면 식 전체를 그 변수 기준으로 읽습니다.

3. 왜 \(+C\)가 필요한가?

상수는 미분하면 0이므로 \(x^2\), \(x^2+3\), \(x^2-7\)의 도함수는 모두 \(2x\)입니다.

\[\frac{d}{dx}(x^2+C)=2x\]

같은 구간에서 도함수가 같은 두 함수의 차는 상수입니다. 따라서 하나의 원시함수 \(F\)를 찾으면 모든 원시함수는 \(F(x)+C\)로 나타낼 수 있습니다.

4. 그래프에서 보는 적분상수

\(y=x^2+C\)에서 \(C\)가 바뀌면 그래프는 모양과 각 점의 기울기를 유지한 채 위아래로 평행이동합니다.

원시함수\(x=0\)에서의 높이도함수
\(x^2-2\)\(-2\)\(2x\)
\(x^2\)\(0\)\(2x\)
\(x^2+3\)\(3\)\(2x\)

서로 다른 그래프라도 같은 \(x\)에서 접선의 기울기가 같으므로 도함수는 모두 \(2x\)입니다.

5. 다항함수의 기본 공식

미적분Ⅰ에서는 다항함수를 중심으로 다룹니다. \(n\)이 0 이상의 정수일 때 다음 공식을 사용합니다.

\[\int x^n\,dx=\frac{x^{n+1}}{n+1}+C\]
  • \(\displaystyle \int 1\,dx=x+C\)
  • \(\displaystyle \int x\,dx=\frac{x^2}{2}+C\)
  • \(\displaystyle \int x^2\,dx=\frac{x^3}{3}+C\)
  • \(\displaystyle \int x^5\,dx=\frac{x^6}{6}+C\)

지수를 올리기만 하고 나누지 않으면 미분했을 때 원래 계수가 나오지 않습니다.

6. 합·차와 상수배의 성질

다항함수는 항별로 적분할 수 있고 상수배는 적분 기호 밖으로 꺼낼 수 있습니다.

\[\int\{f(x)\pm g(x)\}\,dx=\int f(x)\,dx\pm\int g(x)\,dx\]
\[\int kf(x)\,dx=k\int f(x)\,dx\quad(k\text{는 상수})\]

각 항에 서로 다른 적분상수를 붙일 필요는 없습니다. 상수들의 합과 차도 하나의 임의의 상수이므로 식 끝에 \(+C\) 하나로 정리합니다.

7. 계산 절차

  1. 피적분함수를 내림차순 다항식으로 정리합니다.
  2. 합과 차를 따라 항별로 나눕니다.
  3. 각 항의 지수를 1 올리고 새 지수로 나눕니다.
  4. 계수와 부호를 정리하고 식 끝에 \(+C\)를 붙입니다.
  5. 완성한 식을 미분해 원래 피적분함수가 나오는지 확인합니다.

8. 완전한 예제 1 — 다항함수 적분

문제: \(\displaystyle \int(6x^2-4x+3)\,dx\)를 구하세요.

풀이: 항별로 적분하고 각 지수에 맞게 나눕니다.

\[ \begin{aligned} \int(6x^2-4x+3)\,dx &=6\cdot\frac{x^3}{3}-4\cdot\frac{x^2}{2}+3x+C\\ &=2x^3-2x^2+3x+C \end{aligned} \]

검산: \(\dfrac{d}{dx}(2x^3-2x^2+3x+C)=6x^2-4x+3\)이므로 맞습니다.

답: \(\boxed{2x^3-2x^2+3x+C}\)

9. 완전한 예제 2 — 계수와 빠진 차수

문제: \(\displaystyle \int(5x^4-2x^2+7)\,dx\)를 구하세요.

풀이: \(x^3\)항과 \(x\)항이 없어도 있는 항만 각각 적분합니다.

\[ 5\cdot\frac{x^5}{5}-2\cdot\frac{x^3}{3}+7x+C =x^5-\frac{2}{3}x^3+7x+C \]

검산: \(x^5-\frac{2}{3}x^3+7x+C\)를 미분하면 \(5x^4-2x^2+7\)입니다.

답: \(\boxed{x^5-\frac{2}{3}x^3+7x+C}\)

10. 조건으로 하나의 함수 결정하기

문제: \(F'(x)=6x^2-4x+3\)이고 \(F(1)=5\)일 때 \(F(x)\)를 구하세요.

1단계: 도함수를 부정적분하여 함수의 가족을 구합니다.

\[F(x)=2x^3-2x^2+3x+C\]

2단계: 조건 \(F(1)=5\)를 대입합니다.

\[2-2+3+C=5\quad\Longrightarrow\quad C=2\]

답: \(\boxed{F(x)=2x^3-2x^2+3x+2}\)

부정적분은 모든 원시함수를 찾고, 한 점의 조건은 그중 하나를 선택합니다.

11. 식을 보고 역으로 점검하기

다음 세 식 중 \(\displaystyle \int(4x^3-6x)\,dx\)의 올바른 결과를 판별해 봅시다.

후보미분 결과판정
\(x^4-3x^2+C\)\(4x^3-6x\)맞음
\(4x^4-6x^2+C\)\(16x^3-12x\)계수를 나누지 않음
\(x^4-3x^2\)\(4x^3-6x\)한 원시함수이지만 전체 가족은 아님

미분 검산은 지수·계수 오류를 찾지만 \(+C\) 누락은 드러내지 않으므로 표기까지 따로 확인해야 합니다.

12. 자주 하는 실수

  • 적분상수 누락: 부정적분 결과에는 \(+C\)를 씁니다.
  • 새 지수로 나누지 않음: \(\int x^3dx\)는 \(x^4+C\)가 아니라 \(\frac14x^4+C\)입니다.
  • 상수항을 그대로 둠: \(\int 5dx=5x+C\)입니다.
  • 부호 변경: 음수 계수는 적분 후에도 음수입니다.
  • 곱을 항별 적분: 일반적으로 \(\int fg\ne(\int f)(\int g)\)입니다.
  • 조건을 먼저 대입: \(+C\)를 포함해 부정적분한 뒤 주어진 점을 대입합니다.

13. 핵심 정리

  • 원시함수는 미분했을 때 주어진 함수가 되는 함수입니다.
  • 부정적분은 \(F(x)+C\) 꼴의 모든 원시함수를 나타냅니다.
  • 다항함수는 항별로 적분하고 지수를 1 올린 뒤 새 지수로 나눕니다.
  • 한 점의 조건이 주어지면 \(C\)를 결정하여 하나의 함수를 찾습니다.
  • 결과를 미분해 피적분함수와 비교하여 검산합니다.
Checkpoint
  1. \(\displaystyle \int(8x^3-6x+4)\,dx\)를 구하고 미분으로 검산하세요.
  2. \(G'(x)=3x^2+2x-1\), \(G(0)=4\)일 때 \(G(x)\)를 구하세요.
  3. \(\displaystyle \int(2x+1)\,dx=x^2+x\)라고만 쓰면 부족한 이유를 설명하세요.
  4. \(\displaystyle \int(x^2+3)(x-1)\,dx\)를 계산하기 전에 식을 정리하고 계산하세요.
풀이와 답 확인
  1. \(2x^4-3x^2+4x+C\)입니다. 미분하면 \(8x^3-6x+4\)가 됩니다.
  2. \(G(x)=x^3+x^2-x+C\)이고 \(G(0)=C=4\)이므로 \(G(x)=x^3+x^2-x+4\)입니다.
  3. \(x^2+x\)는 한 원시함수일 뿐입니다. 모든 원시함수는 \(x^2+x+C\)입니다.
  4. \((x^2+3)(x-1)=x^3-x^2+3x-3\)으로 전개합니다. 결과는 \(\frac14x^4-\frac13x^3+\frac32x^2-3x+C\)입니다.