Math ClubMath Club
v1 · padrão canônico

Lição 83 — Teorema Fundamental do Cálculo

TFC Parte 1 e Parte 2. A ponte entre derivada e integral. Regra de Leibniz para limites variáveis. Newton e Leibniz, séc. XVII.

Used in: 3.º ano do EM (17 anos) · Equiv. Math II japonês cap. 6 · Equiv. Klasse 12 alemã

abf(x)dx=F(b)F(a),F(x)=f(x)\int_a^b f(x)\, dx = F(b) - F(a), \quad F'(x) = f(x)
Choose your door

Rigorous notation, full derivation, hypotheses

진술과 증명

TFC — 첫 번째 부분: 적분을 미분하기

"기본정리의 첫 번째 부분은 적분의 극한상한이 변할 때 그 적분으로 정의된 함수의 도함수가 극한상한에서 계산한 피적분함수와 같다는 것을 말합니다." — OpenStax Calculus Vol. 1, §5.3

TFC1의 증명. 도함수의 정의에 의해:

G(x)=limh0G(x+h)G(x)h=limh01hxx+hf(t)dt.G'(x) = \lim_{h \to 0} \frac{G(x+h) - G(x)}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{1}{h} \int_x^{x+h} f(t)\, dt.

적분에 대한 평균값 정리에 의해, xxx+hx+h 사이의 어떤 chc_h가 존재하여 xx+hf(t)dt=f(ch)h\int_x^{x+h} f(t)\, dt = f(c_h) \cdot h입니다. 따라서:

G(x)=limh0f(ch).G'(x) = \lim_{h \to 0} f(c_h).

h0h \to 0일 때 chxc_h \to x이고 ff가 연속이므로, f(ch)f(x)f(c_h) \to f(x)입니다. 따라서 G(x)=f(x)G'(x) = f(x)입니다. \square

TFC — 두 번째 부분: 적분 계산

TFC2의 증명. TFC1에 의해, G(x)=axf(t)dtG(x) = \int_a^x f(t)\, dtG=fG' = f를 만족합니다. F=fF' = f도 성립하므로, FGF - G(a,b)(a, b)에서 도함수가 0이므로, 어떤 상수 CC에 대해 F(x)=G(x)+CF(x) = G(x) + C입니다. 그러면:

F(b)F(a)=[G(b)+C][G(a)+C]=G(b)G(a)=abf0=abf.F(b) - F(a) = [G(b) + C] - [G(a) + C] = G(b) - G(a) = \int_a^b f - 0 = \int_a^b f. \quad \square

라이프니츠 규칙 (변수 극한)

풀이된 예제

Exercise list

30 exercises · 7 with worked solution (25%)

Application 20Understanding 2Modeling 3Challenge 4Proof 1
  1. Ex. 83.1Application

    TFC2로 032xdx\int_0^3 2x\, dx를 계산합니다.

  2. Ex. 83.2Application

    12x3dx\int_{-1}^2 x^3\, dx를 계산합니다.

  3. Ex. 83.3Application

    0πsinxdx\int_0^\pi \sin x\, dx를 계산합니다.

  4. Ex. 83.4Application

    02exdx\int_0^2 e^x\, dx를 계산합니다.

  5. Ex. 83.5Application

    02(x24x+1)dx\int_0^2 (x^2 - 4x + 1)\, dx를 계산합니다.

  6. Ex. 83.6Application

    1e1xdx\int_1^e \frac{1}{x}\, dx를 계산합니다.

  7. Ex. 83.7Application

    G(x)=0x(t2+1)dtG(x) = \int_0^x (t^2 + 1)\, dt이면, TFC1로 G(x)G'(x)를 계산합니다.

  8. Ex. 83.8Application

    ddx0x2sintdt\dfrac{d}{dx}\displaystyle\int_0^{x^2} \sin t\, dt를 계산합니다.

  9. Ex. 83.9Application

    0π/4sec2xdx\int_0^{\pi/4} \sec^2 x\, dx를 계산합니다.

  10. Ex. 83.10Application

    19xdx\int_1^9 \sqrt{x}\, dx를 계산합니다.

  11. Ex. 83.11Application

    ddx0x31+t2dt\dfrac{d}{dx}\displaystyle\int_0^{x^3} \sqrt{1 + t^2}\, dt를 계산합니다.

  12. Ex. 83.12Application

    0π(cosx+sinx)dx\int_0^\pi (\cos x + \sin x)\, dx를 계산합니다.

  13. Ex. 83.13Application

    01(x42x2+1)dx\int_0^1 (x^4 - 2x^2 + 1)\, dx를 계산합니다.

  14. Ex. 83.14UnderstandingAnswer key

    G(x)=axf(t)dtG(x) = \displaystyle\int_a^x f(t)\, dt이면, TFC1로 G(x)G'(x)는 무엇입니까?

  15. Ex. 83.15Understanding

    F(x)=f(x)F'(x) = f(x)이면, TFC2로 abf(x)dx\int_a^b f(x)\, dx의 올바른 식은 무엇입니까?

  16. Ex. 83.16ApplicationAnswer key

    ddxx1t3dt\dfrac{d}{dx}\displaystyle\int_x^1 t^3\, dt를 계산합니다.

  17. Ex. 83.17Application

    0111+x2dx\int_0^1 \frac{1}{1+x^2}\, dx를 계산합니다.

  18. Ex. 83.18ModelingAnswer key

    한 물체의 속도가 v(t)=t24t+3v(t) = t^2 - 4t + 3 m/s입니다. t=0t = 0부터 t=4t = 4 s까지의 순변위와 총 이동 거리를 계산합니다.

  19. Ex. 83.19ApplicationAnswer key

    ddxxx2et2dt\dfrac{d}{dx}\displaystyle\int_x^{x^2} e^{t^2}\, dt를 계산합니다.

  20. Ex. 83.20Application

    02(2x33x2)dx\int_0^2 (2x^3 - 3x^2)\, dx를 계산합니다.

  21. Ex. 83.21Modeling

    한 공장의 한계비용은 C(q)=2q+50C'(q) = 2q + 50 헤알/단위입니다. 처음 100 단위를 생산하는 총 비용을 계산합니다.

  22. Ex. 83.22ChallengeAnswer key

    G(x)=1x(2t1)dtG(x) = \int_1^x (2t - 1)\, dt를 정의합니다. G(x)G(x)를 명시적으로 계산하고, G(x)=2x1G'(x) = 2x - 1임을 검증하고, G(1)G(1)G(3)G(3)을 평가합니다.

  23. Ex. 83.23ApplicationAnswer key

    05f(x)dx=12\int_0^5 f(x)\, dx = 12이고 02f(x)dx=5\int_0^2 f(x)\, dx = 5임을 알 때, 25f(x)dx\int_2^5 f(x)\, dx를 계산합니다.

  24. Ex. 83.24Challenge

    y=x2xy = x^2 - xxx축으로 둘러싸인 영역의 넓이를 [0,1][0, 1]에서 계산합니다.

  25. Ex. 83.25Application

    22(x21)dx\int_{-2}^2 (x^2 - 1)\, dx를 계산합니다.

  26. Ex. 83.26Application

    부정적분을 계산하지 않고 ddx0xcos(t2)dt\dfrac{d}{dx}\displaystyle\int_0^x \cos(t^2)\, dt를 계산합니다.

  27. Ex. 83.27ModelingAnswer key

    한 공장의 전기 전력이 P(t)=3+0.5tP(t) = 3 + 0.5t kW로 변합니다 (tt는 시간). 처음 12시간의 소비 에너지를 계산하고, kWh당 R$ 0.85의 비용을 계산합니다.

  28. Ex. 83.28Challenge

    ddxsinxcosxt2dt\dfrac{d}{dx}\displaystyle\int_{\sin x}^{\cos x} t^2\, dt를 계산합니다.

  29. Ex. 83.29Challenge

    f(x)=x2f(x) = x^2[0,3][0, 3]에서의 평균값을 계산하고, 적분 평균값 정리로 보장되는 점 cc를 찾습니다.

  30. Ex. 83.30Proof

    TFC1로부터 TFC2를 증명합니다: 만약 F=fF' = f이고 ff[a,b][a,b]에서 연속이면, abf(x)dx=F(b)F(a)\int_a^b f(x)\, dx = F(b) - F(a)입니다.

출처

Updated on 2026-05-06 · Author(s): Clube da Matemática

Found an error? Open an issue on GitHub or submit a PR — open source forever.