Science One Math
Jan 28 2019
Science One Math Jan 28 2019 Last time: tan % sec + For any m - - PowerPoint PPT Presentation
Science One Math Jan 28 2019 Last time: tan % sec + For any m , and n even tan % sec + = tan % sec +-. sec . convert powers of secant into powers of tangent using tan .
Jan 28 2019
Last time: โซ tan% ๐ฆ sec+ ๐ฆ ๐๐ฆ For any m, and n even โซ tan% ๐ฆ sec+ ๐ฆ ๐๐ฆ = โซ tan% ๐ฆ sec+-. ๐ฆ sec. ๐ฆ ๐๐ฆ convert powers of secant into powers of tangent using tan.(๐ฆ) + 1 = sec.(๐ฆ) then sub ๐ฃ = tan (๐ฆ) For any n, and m odd โซ tan% ๐ฆ sec+ ๐ฆ ๐๐ฆ = โซ tan%-3 ๐ฆ sec+-3 ๐ฆ sec ๐ฆ tan ๐ฆ ๐๐ฆ = convert powers of tangent into powers of secant by using tan.(๐ฆ) = sec.(๐ฆ) โ 1 What if n odd and m even? Use integration by parts!
If m is even, n is odd โซ tan% ๐ฆ sec+ ๐ฆ ๐๐ฆ use IBP and reduction formula Example: โซ tan. ๐ฆ sec@ ๐ฆ ๐๐ฆ = โซ(sec. ๐ฆ โ 1)sec@ ๐ฆ ๐๐ฆ = โซ secB ๐ฆ โsec@ ๐ฆ ๐๐ฆ โซ sec@ ๐ฆ ๐๐ฆ = โซ sec ๐ฆ sec. ๐ฆ ๐๐ฆ u = sec ๐ฆ dv = sec. ๐ฆ ๐๐ฆ du = tan ๐ฆ sec ๐ฆ ๐๐ฆ v = tan ๐ฆ = sec ๐ฆ tan ๐ฆ โ โซ tan ๐ฆ tan ๐ฆ sec ๐ฆ ๐๐ฆ = = sec ๐ฆ tan ๐ฆ โ โซ tan. ๐ฆ sec(๐ฆ) ๐๐ฆ [tan.(๐ฆ) = sec.(๐ฆ) โ 1] = sec ๐ฆ tan ๐ฆ โ โซ sec@ ๐ฆ ๐๐ฆ + โซ sec(๐ฆ) ๐๐ฆ So โซ sec@ ๐ฆ ๐๐ฆ = D
E sec ๐ฆ tan ๐ฆ + D E โซ sec(๐ฆ) ๐๐ฆ
it reduces to computing โซ sec ๐ฆ ๐๐ฆ โฆwe need some trickery hereโฆ ๐ฃ = sec ๐ฆ + tan ๐ฆ, ๐๐ฃ = (sec ๐ฆ tan ๐ฆ + sec.๐ฆ)๐๐ฆ โซ sec ๐ฆ ๐๐ฆ = โซ sec ๐ฆ GHI JKLMNJ
GHI JKLMNJ ๐๐ฆ = โซ OPQEJK GHI J LMN J GHI JKLMNJ
๐๐ฆ = โซ
RS S = ln ๐ฃ + ๐ท = โฏ
Integrals of sin+ ๐ฆ cos% ๐ฆ
Strategies:
Not all integrals with trigonometric functions are computable, e.g. โซ sin(๐ฆ.) ๐๐ฆ , โซ cos(๐ฆ.)๐๐ฆ , โซ
GXN (J) J
๐๐ฆ We can only approximate these integrals numerically.
Many computations lead to trigonometric integrals:
decomposed in terms of infinite sums of powers of sines and cosines)
Can we compute area of this shape? The shaded area is called a โluneโ
The Ducal Palace โ Mantua, Italy
It reduces to โซ 1 โ ๐ฆ.๐๐ฆ need a new strategy! Trigonometric substitutions Russ Adams in Pike County, IL
Jan 30 2019
โซ
3 JD/EKJZ/E ๐๐ฆ [ 3
can be written as A) โซ ๐ฆ-3/. + ๐ฆ-@/.๐๐ฆ
[ 3
B) โซ
3 JD/E + [ 3 3 JZ/E ๐๐ฆ
C) Either oneโthey are equivalent D) A and B are equivalent but they are not a correct simplification of
๐ ๐๐/๐K๐๐/๐
โฆhow to compute integrals with roots.
โซ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ โซ ๐ฆ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ start with this one โซ ๐ฆ. 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ โซ ๐ฆ@ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ
โซ ๐ฆ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ = โซ โD
E ๐ฃ ๐๐ฃ = โ
3 @ ๐ฃ@/. + C = โ 3 @ (1 โ ๐ฆ.)@/. + C
๐ฃ = 1 โ ๐ฆ., ๐๐ฃ = โ2๐ฆ๐๐ฆ Does substitution work for the other integrals? โซ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ โซ ๐ฆ. 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ โซ ๐ฆ@ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ
โซ ๐ฆ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ = โซ โD
E ๐ฃ ๐๐ฃ = โ
3 @ ๐ฃ@/. + C = โ 3 @ (1 โ ๐ฆ.)@/. + C
๐ฃ = 1 โ ๐ฆ., ๐๐ฃ = โ2๐ฆ๐๐ฆ Does substitution work for the other integrals? โซ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ no! โซ ๐ฆ. 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ no! โซ ๐ฆ@ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ yes! โซ ๐ฆ. 1 โ ๐ฆ. ๐ฆ ๐๐ฆ = โซ โD
E (1 โ ๐ฃ) ๐ฃ ๐๐ฃ =โฆ.
When u-sub doesnโt work, we need a different type of substitutionโฆ
โซ ๐ฆ@ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ = โซ ๐ฆ. 1 โ ๐ฆ. ๐ฆ ๐๐ฆ 1 โ ๐ฆ. = ๐ฃ. , ๐ฆ. = 1 โ ๐ฃ. โ 2 ๐ฆ ๐๐ฆ = 2 ๐ฃ ๐๐ฃ =โซ โ
3 . (1 โ ๐ฃ.) ๐ฃ. ๐ฃ ๐๐ฃ = โซ โ 3 . (1 โ ๐ฃ.) ๐ฃ. ๐๐ฃ = โฆ
So maybe to compute the other integrals we could use a substitution of the form 1 โ ๐ฆ. = (โฆ)2
โซ ๐ฆ@ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ = โซ ๐ฆ. 1 โ ๐ฆ. ๐ฆ ๐๐ฆ 1 โ ๐ฆ. = ๐ฃ. , ๐ฆ. = 1 โ ๐ฃ. โ 2 ๐ฆ ๐๐ฆ = 2 ๐ฃ ๐๐ฃ =โซ โ
3 . (1 โ ๐ฃ.) ๐ฃ. ๐ฃ ๐๐ฃ = โซ โ 3 . (1 โ ๐ฃ.) ๐ฃ. ๐๐ฃ = โฆ
So maybe to compute the other integrals we need to use a substitution of the form 1 โ ๐ฆ. = (โฆ)2 1 โ sin. ๐ = cos. ๐
๐ฆ = sin ๐ , d๐ฆ = cos ๐ ๐๐ then 1 โ ๐ฆ. = 1 โ sin. ๐ฆ = cos. ๐ฆ โซ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ = โซ 1 โ ๐ก๐๐.(๐) cos๐ ๐๐ = = โซ ๐๐๐ก.(๐) cos ๐ ๐๐ = โซ ๐๐๐ก. ๐ ๐๐ Note ๐๐๐ก.(๐) = |cos ๐ |. We take |cos ๐ | = cos ๐, i.e. โ
k . โค ๐ โค k . .
โฆand now we compute the trigonometric integral....
a) By parts b) By using trig identity cos. ๐ฆ = 1 โ sin. ๐ฆ c) By using double-angle identity and then substitution d) By substitution right away e) By parts and then reduction
a) By parts b) By using trig identity cos. ๐ฆ = 1 โ sin. ๐ฆ c) By using double-angle identify and then substitution d) By substitution right away e) By parts, and then reduction
โซ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ = โซ cos. ๐ ๐๐ = โซ
3 . [1 + cos 2๐ ] ๐๐ =
=
3 . [ฮธ + 3 . sin 2๐ ] + C โฆconvert back to the original variable ๐ฆ...
Note ๐ฆ = sin ๐, hence ๐ = arcsin (๐ฆ) cos ๐ = 1 โ sin.(๐) = 1 โ ๐ฆ. Therefore, recalling sin 2๐ = 2sin ๐ cos ๐, โซ 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ =
3 . ฮธ + 3 [ 2sin ๐ cos ๐ + C = 3 . arcsin
(๐ฆ) +
3 . ๐ฆ 1 โ ๐ฆ.+ C.
โซ ๐ฆ. 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ โซ 9 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ
โซ ๐ฆ. 1 โ ๐ฆ. ๐๐ฆ ๐ฆ = sin ๐ , d๐ฆ = cos ๐ ๐๐ =โซ sin.(๐) 1 โ sin.(๐) cos ๐ ๐๐ = โซ sin.(๐) cos.(๐) cos๐ ๐๐ = = โซ sin.(๐)cos. ๐ ๐๐ = โซ(1 โ cos. ๐ )cos. ๐ ๐๐ = = โซ cos๐ ๐ ๐๐ โ โซ cos๐ ๐ ๐๐ = [from last week] =
3 . ฮธ + 3 [ sin 2๐ โ 3 @. 12๐ + 8 sin 2๐ + sin 4๐
+ ๐ท = =
3 w ๐ โ 3 @. sin 4๐ + ๐ท =
=
3 w ๐ โ 3 @. 2sin 2๐ cos(2๐) + ๐ท =
=
3 w ๐ โ 3 3x 2sin ๐ cos( ๐) ( 1 โ 2sin.(๐)) + ๐ท =
=
3 w arcsin
(๐ฆ) โ
3 w ๐ฆ
1 โ ๐ฆ. ( 1 โ 2๐ฆ.) + ๐ท
a) ๐ฆ = sin(9๐) b) ๐ฆ = 9sin๐ c) 3๐ฆ = sin ๐ d) ๐ฆ = 3sin๐ e) None of the above
a) ๐ฆ = sin(9๐) b) ๐ฆ = 9sin๐ c) 3๐ฆ = sin ๐ d) d) ๐ = ๐๐๐๐ ๐พ e) None of the above
a) โซ 9 โ 9๐ก๐๐.(๐ฆ) ๐๐ฆ b) โซ 3 1 โ ๐ก๐๐.(๐) ๐๐ c) โซ 3๐๐๐ก.(๐) ๐๐ d) โซ 9๐๐๐ก.(๐) ๐๐ e) โซ 9๐๐๐ก@(๐) ๐๐
a) โซ 9 โ 9๐ก๐๐.(๐ฆ) ๐๐ฆ b) โซ 3 1 โ ๐ก๐๐.(๐) ๐๐ c) โซ 3๐๐๐ก.(๐) ๐๐ d) d) โซ ๐๐ ๐๐๐(๐พ) ๐๐พ e) โซ 9๐๐๐ก@(๐) ๐๐
a) ๐ฆ = 3sin๐ b) ๐ฆ = 3cos๐ c) ๐ฆ = 3tan ๐ d) ๐ฆ = 3sec๐ e) None of the above
a) ๐ฆ = 3sin๐ b) ๐ฆ = 3cos๐ c) c) ๐ = ๐๐ฎ๐๐จ ๐พ d) ๐ฆ = 3sec๐ e) None of the above
k . โค ๐ โค k .
k . < ๐ < k .
0 โค ๐ <
k .
RJ (3x-JE)Z/E
โซ
Rโฐ โฐ 3K(ล N โฐ)E
RJ (3x-JE)Z/E = โซ
RJ 3xZ/E[3- โน
ล E
]Z/E
๐ฆ = 4sin ๐, ๐๐ฆ = 4 cos ๐ ๐๐ =
3 x[ โซ [ IโขG ลฝRลฝ [3- GXN ลฝ E]
Z E
=
3 x[ โซ [ IโขG ลฝRลฝ QโขOZลฝ = 3 3x โซ Rลฝ QโขOEลฝ = 3 3x tan ๐ + C
RJ (3x-JE)Z/E = โซ
RJ 3xZ/E(3-(J/[)E)Z/E
๐ฆ = 4sin ๐, ๐๐ฆ = 4 cos ๐ ๐๐ =
3 x[ โซ [ IโขG ลฝRลฝ (3- GXN ลฝ E)
Z E
=
3 x[ โซ [ IโขG ลฝRลฝ QโขOZลฝ = 3 3x โซ Rลฝ QโขOEลฝ = 3 3x tan ๐ + C
x 4 ๐ฆ = 4sin ๐ ฮธ tan ๐ =
J 3x-JE
16 โ ๐ฆ. Thus โซ
RJ (3x-JE)Z/E = 3 3x tan ๐ + C = J 3x 3x-JE + C
โซ
Rโฐ โฐ 3K(ล N โฐ)E
๐ฃ = ln ๐ง, ๐๐ฃ =
3 โฐ ๐๐ง
โซ
Rโฐ โฐ 3K(ล N โฐ)E = โซ RS 3KSE
๐ฃ = tan ๐, ๐๐ฃ = sec. ๐ dฮธ, 1 + ๐ฃ. = 1 + tan. ๐ =
โซ
RS 3KSE = โซ GHIE ลฝ โโ GHI ลฝ
= โซ sec ๐ ๐๐ = ln sec ๐ + tan ๐ + ๐ท = =ln 1 + ๐ฃ. + ๐ฃ + ๐ท = ln 1 + (ln ๐ง). + ln ๐ง + ๐ท
Compute the area of a circular segment (shaded region) A = 2 โซ ๐. โ ๐ฆ.
โ
1 โ
J โ . โ
b a ๐ฆ = ๐ sin ๐ 2๐. โซ ๐๐๐ก.๐ ๐๐
Jโโ Jโโข
= ๐.(๐ + D
Esin(2๐)) Jโโ
Jโโข
= ๐. arcsin (๐ฆ/๐) +
J โ
1 โ (๐ฆ/๐).
Jโโ Jโโข
= ๐.
k . + 0 โ arcsin
1 โ
.
=
k . ๐. โ ๐. arcsin