jagomart
digital resources
picture1_B8f998f4a1e047a51a59f1db698062af Mit18 01sc Pset5sol


 172x       Filetype PDF       File size 0.41 MB       Source: ocw.mit.edu


File: B8f998f4a1e047a51a59f1db698062af Mit18 01sc Pset5sol
solutions to 18 01 exercises unit 5 integration techniques 5a inverse trigonometric functions hyperbolic functions 1 1 3 5a 1 a tan 3 3 b sin 2 3 c tan ...

icon picture PDF Filetype PDF | Posted on 27 Jan 2023 | 2 years ago
Partial capture of text on file.
                                                                          SOLUTIONS TO 18.01 EXERCISES 
                                                                             Unit 5.  Integration techniques 
                                                    5A. Inverse trigonometric functions; Hyperbolic functions 
                                                                     √                                  √
                                                                 −1            π                   −1      3        π 
                                             5A-1  a) tan               3 = 3             b) sin      (  2 ) = 3 
                                                                                                  √                       √                                     √
                                                      c) tan θ = 5 implies sin θ = 5/                26, cos θ = 1/ 26, cot θ = 1/5, csc θ =                       26/5, 
                                             sec θ = √
                                                           26 (from triangle) 
                                                                                            √
                                                               −1        π            −1       3       π                   −1         π        π 
                                                      d) sin       cos(  ) = sin          (      ) =              e) tan        tan(  ) = 
                                                                          6                  2          3                              3        3 
                                                               −1         2π             −1          −π         −π                                −1          −π 
                                                      f) tan       tan(       ) = tan         tan(        ) =                  g)  lim  tan           x =          . 
                                                                           3                          3           3                x→−∞                        2 
                                             5A-2 
                                                                             � 2      dx               −1  �2             −1        π 
                                                                                                             �
                                                                         a)  1  x2 + 1 = tan               x 1 = tan          2 − 4
                                                                             � 2b       dx          � 2b       d(by)
                                                                         b)           2      2  =                2       2  (put x = by) 
                                                                               b    x + b             b    (by) + b
                                                                                            � 2        dy            1       −1         π 
                                                                                        =             2          =  (tan          2 −  ) 
                                                                            �                1    b(y +1)            b                  4
                                                                                1      dx                       �         π      −π 
                                                                                                         −1      1 
                                                                                   √                            �
                                                                         c)  −1       1 − x2  = sin           x −1 = 2 − 2  = π 
                                                 COPYRIGHT  DAVID  JERISON  AND  MIT  1996,  2003 
                                                                                                           1 
                                                 E. Solutions to 18.01 Exercises                                                                5.  Integration techniques 
                                                                         x − 1                   2                        2                1             (x + 1) 
                                                 5A-3  a) y =                     , so 1 − y = 4x/(x + 1) , and �                                 2  =       √ . Hence 
                                                                         x +1                                                            1 − y              2 x 
                                                                                                        dy =           2 
                                                                                                                             2 
                                                                                                        dx        (x + 1)
                                                                                             d        −1            dy/dx
                                                                                            dx sin        y = �  − y2 
                                                                                                                      1 
                                                                                                                       2           (x + 1) 
                                                                                                             =               2  ·      √
                                                                                                                  (x + 1)            2 x 
                                                                                                             =           1  √
                                                                                                                  (x + 1) x 
                                                                      2                    2               x       −x 2 
                                                          b) sech x = 1/ cosh x = 4/(e + e                              )
                                                                             √ 2                                      √ 2 
                                                          c) y = x +  x + 1, dy/dx = 1+ x/ x + 1. 
                                                                                                                          √ 2 
                                                                                d              dy/dx           1+ x/ x +1                     √ 1 
                                                                               dx ln y =           y       =            √ 2              =  x2 
                                                                                                                 x +  x +1                           +1 
                                                          d) cos y = x  =⇒  (− sin y)(dy/dx) = 1 
                                                                                                   dy = −1  = √ −1  2 
                                                                                                   dx        sin y           1 
                                                                                                                                − x
                                                          e) Chain rule: 
                                                                                d  sin−1(x/a) = �                    1            · 1 = √ 1 
                                                                               dx                                              2    a            2        2 
                                                                                                               1 − (x/a)                       a − x
                                                          f) Chain rule: 
                                                                             d        −1                 �        1              −a           √−a 
                                                                            dx sin        (a/x) =           1 − (a/x)2  · x2  = x x2 − a2 
                                                                          √           2                            2 −3/2               2                    2
                                                          g) y = x/ 1 − x , dy/dx = (1 − x )                                  , 1 + y = 1/(1 − x ). Thus 
                                                                        d         −1          dy/dx                     2 −3/2               2       √ 1 
                                                                       dx tan          y = 1+ y2  = (1 − x )                      (1 − x ) =            1        2 
                                                                                                                                                           − x
                                                 Why is this the same as the derivative of sin−1 x? 
                                                          h) y = √                                          √                      2
                                                                         x − 1, dy/dx = −1/2 x − 1, 1 − y = x. Thus, 
                                                                                       d        −1            dy/dx                     −1 
                                                                                      dx sin         y = �               2  =  � 
                                                                                                                1               2     x(1 − x) 
                                                                                                                   − y
                                                                                                                    2 
                               5.  Integration techniques                            E. Solutions to 18.01 Exercises 
                               5A-4  a) y� = sinh x.  A tangent line through the origin has the equation y = mx. 
                               If it meets the graph at x = a, then ma = cosh(a) and m = sinh(a).  Therefore, 
                               a sinh(a) = cosh(a) . 
                                     b) Take the difference: 
                                                            F (a) = a sinh(a) − cosh(a) 
                               Newton’s method for finding F (a) = 0, is the iteration 
                                                                      �
                                               a     = a − F (a )/F (a ) = a − tanh(a )+1/a
                                                n+1     n        n       n      n          n        n 
                               With a = 1, a = 1.2384, a = 1.2009, a = 1.19968. A serviceable approximation 
                                      1       2             3             4 
                               is 
                                                                      a ≈ 1.2 
                               (The slope is m = sinh(a) ≈ 1.5.)  The functions F  and y are even.  By symmetry, 
                               there is another solution −a with slope − sinh a. 
                               5A-5  a) 
                                                                              x    −x 
                                                               y = sinh x = e − e
                                                                                 2 
                                                              y� = cosh x = ex + e−x 
                                                                                 2 
                                                              y��  = sinh x 
                               y�  is never zero, so no critical points.  Inflection point x = 0; slope of y is 1 there. 
                                                           x
                               y is an odd function, like e /2 for x >> 0. 
                                                             y = sinh x               1
                                                                              y = sinh  x
                                                 −1 
                                     b) y = sinh    x ⇐⇒ x = sinh y. Domain is the whole x-axis.
                                     c) Differentiate x = sinh y implicitly with respect to x: 
                                                                 1 = cosh y · dy
                                                                             dx 
                                                               dy =     1   = �      1 
                                                               dx    cosh y           2 
                                                                                  sinh y +1 
                                                       d sinh−1 x        1 
                                                           dx     = √ 2 
                                                                       x +1 
                                                                         3 
                            E. Solutions to 18.01 Exercises                       5.  Integration techniques 
                                 d) 
                                                   �  √ dx     = �   �  dx 
                                                        x2    2          2    2  2 
                                                          + a     �  a  x + a /a
                                                               =    � d(x/a) 
                                                                            2 
                                                                       (x/a) +1 
                                                                     −1
                                                               = sinh   (x/a)+ c 
                            5A-6  a)  1 � π sin θdθ = 2/π
                                     π  0 
                                        √      2       �      √      2           � 2          2
                                 b) y =  1 − x   =⇒    y = −x/ 1 − x   =⇒    1 + (y ) = 1/(1 − x ). Thus 
                                                                       �      2 
                                                     ds = w(x)dx = dx/  1 − x . 
                            Therefore the average is 
                                                 � 1  �     2   dx   �� 1      dx 
                                                       1 − x √      2       √      2 
                                             �    −1           1 − x     −1   1 − x
                                               1 
                            The numerator is     dx = 2. To see that these integrals are the same as the ones 
                                              −1 
                            in part (a), take x = cos θ (as in polar coordinates).  Then dx = − sin θdθ and the 
                            limits of integral are from θ = π to θ = 0.  Reversing the limits changes the minus 
                            back to plus: 
                                                  � 1  �     2   dx      � π 
                                                        1 − x √      2  =    sin θdθ 
                                                   −1           1 − x     0 
                                                          � 1 √ dx  2  = � π dθ = π 
                                                           −1   1 − x     0 
                            (The substitution x = sin t works similarly, but the limits of integration are −π/2 
                            and π/2.) 
                                 c) (x = sin t, dx = cos tdt) 
                                          1 � 1  �     2     1 � π/2    2      � π/2   2 
                                          2 −1    1 − x dx = 2 −π/2cos  tdt =  0    cos  tdt 
                                                             � π/2 1 + cos2t 
                                                           =           2    dt 
                                                              0 
                                                           = π/4 
                                            5B. Integration by direct substitution 
                              Do these by guessing and correcting the factor out front. The substitution used 
                            implicitly is given alongside the answer. 
                                                                  4 
The words contained in this file might help you see if this file matches what you are looking for:

...Solutions to exercises unit integration techniques a inverse trigonometric functions hyperbolic tan b sin c implies cos cot csc sec from triangle d e f g lim x dx by put dy y copyright david jerison and mit so hence sech cosh ln chain rule thus...

no reviews yet
Please Login to review.