e의 인수를 붙이면 두 함수항이 한 곱의 도함수로 묶인다

e의 인수를 붙이면 두 함수항이 한 곱의 도함수로 묶인다

여러 목재 조각이 서로 맞물린 입체 퍼즐

사진: Gary Todd from Xinzheng, China · CC0 · 원본 출처

f(0)=2,f(1)=3,I=∫01e−x{f′(x)−f(x)} dx.f(0)=2,\quad f(1)=3,\qquad I=\int_0^1e^{-x}\{f'(x)-f(x)\}\,dx.

f,f′f,f'는 [0,1]에서 연속이다. 함수식 없이 II를 구하자.

(e−xf(x))′=e−x{f′(x)−f(x)}(e^{-x}f(x))'=e^{-x}\{f'(x)-f(x)\}

이므로

I=[e−xf(x)]01=3e−2.I=[e^{-x}f(x)]_0^1=\boxed{\frac3e-2}.

e−xe^{-x}를 미분하며 생긴 음수가 −f-f와 맞는다. 함수 두 항을 따로 적분하려 하지 말고 한 곱의 도함수인지 먼저 확인한다.

예 f=x+2f=x+2를 넣으면 적분할 식은 −(x+1)e−x-(x+1)e^{-x}이고 같은 끝값 차를 얻는다. +f+f로 바꾼 별도 문제는 이 곱의 도함수가 아니다. 두 항 중 어느 부호를 실제로 사용했는지 표시하게 하자.

출처·착안: Integration By Parts 1. 문항과 예시 답안은 새로 작성했다.