정적분 계산기 (수치 적분)
정적분을 약 13자리까지 수치 계산합니다. 유한·무한 적분 구간, 1/√x 같은 끝점 특이점도 다루며 오차 추정과 그래프를 함께 보여 줍니다.
한계는 숫자, pi/2나 sqrt(2) 같은 식, inf와 -inf를 쓸 수 있습니다.
각 함수를 sympy로 따로 해석하고 mpmath의 quad를 40자리로 계산한 값과 대조해 확인했습니다. 브라우저에서 실행됩니다.
사용법
- 피적분 함수를 x의 함수로 입력합니다. 예: exp(-x^2), x sin(x), 1/sqrt(x).
- 아래 한계와 위 한계를 입력합니다. 숫자, pi/2 같은 식, inf와 -inf가 가능합니다.
- 구간 안에 꺾임이나 불연속이 있으면 그 x 값을 분할점으로 넣습니다. 값, 오차 추정, 그래프를 확인합니다.
자세한 설명
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x의 함수와 두 적분 한계를 입력하면 그 사이의 ∫ f(x) dx를 수치적으로, 보통 유효숫자 13자리 이상으로 계산합니다. 이중 지수 구적법(tanh-sinh, 무한 구간에는 exp-sinh와 sinh-sinh 형태)을 쓰는데, 표본점을 구간 끝에 매우 강하게 모으므로 끝점의 적분 가능한 특이점도 추가 비용이 없습니다. ∫₀¹ 1/√x, ∫₀¹ ln x, ∫₀^∞ e^(−x²)가 모두 완전한 정밀도로 나옵니다. 이는 특이점이 있는 끝점이 0일 때의 이야기입니다. x = 1에서의 1/√(1−x²)처럼 다른 한계에서는 x가 배정밀도의 반올림 한 단계보다 한계에 가까워질 수 없어 결과가 유효숫자 8자리 안팎에 그치며, 도구는 완전히 수렴하지 않았다고 표시합니다. u = 1 − x로 치환해 특이점을 0으로 옮기면 잃은 자릿수를 되찾습니다. 한계는 숫자, pi/2나 sqrt(2) 같은 상수식, inf와 -inf를 쓸 수 있습니다. 함수는 평소처럼 씁니다. 거듭제곱은 ^, 곱셈 생략(2x, x sin(x), (x+1)(x−1)), sin·cos·tan과 역함수, sinh·cosh·tanh, exp, 자연로그 ln, 상용로그 log, log2, sqrt, cbrt, abs와 상수 pi, e를 지원합니다. 결과에는 오차 추정과 함수 평가 횟수가 함께 나오고, 유한 구간이면 피적분 함수의 그래프로 무엇을 적분했는지 보여 줍니다. 할 수 없는 일도 같은 비중으로 적어 둡니다. 이 방법은 한계 사이에서 매끄러운 피적분 함수를 가정합니다. 구간 안의 꺾임이나 불연속(0을 지나는 abs(x), 계단)은 수렴을 늦추고 자릿수를 잃게 하므로, 그 위치를 분할점으로 입력하면 각 조각을 따로 적분합니다. 0을 지나는 1/x처럼 구간 안의 특이점은 적분하지 않고 알려 줍니다. 0부터 무한대까지의 sin(x)/x처럼 무한 구간에서 조건부로만 수렴하는 적분은 너무 느리게 진동해 이 방법으로는 수렴하지 않으며 그렇게 표시하고, ∫₀¹ 1/x 같은 발산 적분도 마찬가지입니다. 결과는 식이 아니라 숫자이며 부정적분은 구하지 않습니다.
자주 묻는 질문
결과는 얼마나 정확한가요?
매끄러운 피적분 함수와 0인 끝점의 적분 가능한 특이점이면 보통 유효숫자 13~15자리로, 배정밀도 연산의 한계에 가깝습니다. x = 1에서의 1/√(1−x²)처럼 0이 아닌 끝점의 특이점은 한계 근처에서 x가 반올림되어 약 8자리로 제한되며, 오차 추정에 이것이 반영되고 경고가 표시됩니다. 표시되는 오차 추정은 마지막 두 단계 사이의 변화이며, 방법이 수렴하지 않았을 때는 경고가 표시됩니다.
부정적분을 구해 주나요?
아니요. 적분값을 수치적으로 계산합니다. e^(−x²)나 sin(x)/x처럼 초등 부정적분이 없는 함수에도 쓸 수 있지만, 식이 아닌 숫자를 줍니다.
분할점은 왜 필요한가요?
구적법은 한계 사이에서 피적분 함수가 매끄럽다고 가정합니다. 꺾임(0에서의 abs(x))이나 불연속에서는 수렴이 느려지고 자릿수를 잃습니다. 그 지점에서 구간을 나누면 각 조각이 다시 매끄러워져 완전한 정확도를 되찾습니다.
log는 자연로그인가요?
여기서 ln은 자연로그, log는 대부분의 계산기처럼 상용로그(밑 10)입니다. log2와 log10도 쓸 수 있습니다. 혼동을 피하려면 자연로그는 ln(x)로 쓰세요.
발산하는 적분은 어떻게 되나요?
∫₀¹ 1/x 같은 적분은 유한한 값이 없습니다. 단계를 거듭할수록 값이 계속 커져 수렴하지 않으며, 도구는 마지막 부분합을 답처럼 보여 주지 않고 그렇다고 알려 줍니다. 구간 안에서 무한대가 되는 함수는 그 위치와 함께 알려 줍니다.
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