Question Number 94992 by Mr.D.N. last updated on 22/May/20
$$\:\mathrm{1}.\:\mathrm{Show}\:\:\mathrm{that}: \\ $$$$\:\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\:\pi} \:\:\:\frac{\mathrm{xdx}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\:\frac{\pi^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{4a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}^{\mathrm{3}} } \\ $$$$\:\: \\ $$$$\:\mathrm{2}.\mathrm{The}\:\mathrm{density}\:\mathrm{at}\:\mathrm{the}\:\mathrm{point}\:\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\:\mathrm{of}\:\mathrm{a}\:\mathrm{lamina}\:\mathrm{bounded}\:\mathrm{by}\:\mathrm{the}\:\mathrm{circle} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2ax}=\mathrm{0}\:\mathrm{is}\:\varrho\:=\mathrm{x}\:\:\:\mathrm{find}\:\mathrm{its}\:\mathrm{mass}. \\ $$$$\:\mathrm{3}.\ast \\ $$$$\:\mathrm{4}.\:\mathrm{If}\:\:\mathrm{z}=\:\frac{\mathrm{cos}\:\mathrm{y}}{\mathrm{x}}\:\mathrm{and}\:\mathrm{x}=\mathrm{u}^{\mathrm{2}} −\mathrm{v}\:,\:\mathrm{y}=\mathrm{e}^{\mathrm{x}} \:\mathrm{find}\:\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{dv}}. \\ $$$$\:\: \\ $$
Answered by bobhans last updated on 22/May/20
$$\left(\mathrm{4}\right)\mathrm{z}\:=\:\frac{\mathrm{cos}\:\left(\mathrm{e}^{\mathrm{x}} \right)}{\mathrm{x}}.\Rightarrow\:\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{dx}}\:=\:\frac{−\mathrm{xe}^{\mathrm{x}} \mathrm{sin}\:\left(\mathrm{e}^{\mathrm{x}} \right)−\mathrm{cos}\:\left(\mathrm{e}^{\mathrm{x}} \right)}{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{v}=\mathrm{u}^{\mathrm{2}} −\mathrm{x}\Rightarrow\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{dx}}=\:−\mathrm{1} \\ $$$$\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{dv}}\:=\:\frac{\mathrm{dz}}{\mathrm{dx}}\:×\:\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dv}}\:=\:\frac{\mathrm{xe}^{\mathrm{x}} \mathrm{sin}\:\left(\mathrm{e}^{\mathrm{x}} \right)+\mathrm{cos}\:\left(\mathrm{e}^{\mathrm{x}} \right)}{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\:?\: \\ $$
Commented by Mr.D.N. last updated on 22/May/20
thank you nice solution
Answered by Ar Brandon last updated on 22/May/20
$$\mathrm{1}\backslash\mathrm{I}=\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \frac{\mathrm{xdx}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{x}=\pi−\mathrm{u}\Rightarrow\mathrm{dx}=−\mathrm{du}\Rightarrow\mathrm{I}=\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \frac{\pi}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{u}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{u}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{du}−\mathrm{I} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{2I}=\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \frac{\pi}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx}=\pi\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{4}} \mathrm{x}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{2I}\underset{\mathrm{t}=\mathrm{tanx}} {=}\pi\int_{+\mathrm{0}} ^{−\mathrm{0}} \frac{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt}=\pi\int_{+\mathrm{0}} ^{−\mathrm{0}} \left[\frac{\mathrm{1}/\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} }+\frac{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)/\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} }\right]\mathrm{dt} \\ $$$$\mathrm{2I}=\frac{\pi}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{b}^{\mathrm{2}} }\int_{+\mathrm{0}} ^{−\mathrm{0}} \frac{\mathrm{1}}{\left(\frac{\mathrm{a}}{\mathrm{b}}\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\mathrm{dt}+\frac{\pi\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{b}^{\mathrm{4}} }\int_{+\mathrm{0}} ^{−\mathrm{0}} \frac{\mathrm{1}}{\left[\left(\frac{\mathrm{a}}{\mathrm{b}}\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right]^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt} \\ $$$$\mathrm{2I}=\frac{\pi}{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}}\left[\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{a}}{\mathrm{b}}\mathrm{t}\right)\right]_{+\mathrm{0}} ^{−\mathrm{0}} +\frac{\pi\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{b}^{\mathrm{4}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \frac{\left(\mathrm{b}/\mathrm{a}\right)\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \theta}{\mathrm{sec}^{\mathrm{4}} \theta}\mathrm{d}\theta \\ $$$$=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}}+\frac{\pi\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{2a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}^{\mathrm{3}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \left(\mathrm{1}+\mathrm{cos}\:\mathrm{2}\theta\right)\mathrm{d}\theta=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}}+\frac{\pi\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{2a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}^{\mathrm{3}} }\left[\theta+\frac{\mathrm{sin2}\theta}{\mathrm{2}}\right]_{\mathrm{0}} ^{\pi} \\ $$$$=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}}+\frac{\pi^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{2a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}^{\mathrm{3}} }=\frac{\mathrm{2}\pi^{\mathrm{2}} \mathrm{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \pi^{\mathrm{2}} −\pi^{\mathrm{2}} \mathrm{b}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}^{\mathrm{3}} }=\frac{\pi^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{2a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}^{\mathrm{3}} } \\ $$$$\Rightarrow\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \frac{\mathrm{xdx}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{\pi^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{4a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}^{\mathrm{3}} }\:\:\: \\ $$
Commented by Mr.D.N. last updated on 22/May/20
$$\:{lim}\:{is}\:{all}\left[{right}\:{you}\:{might}\:{be}\:{mistek}\:\:{some}\:{way}\right] \\ $$
Commented by Ar Brandon last updated on 22/May/20
Okay let's check my solution and see if I might have made some mistakes.
Commented by niroj last updated on 22/May/20
let me solve then you find your correction just taken few time then you find easily where is a error....
Commented by Ar Brandon last updated on 22/May/20
Okay, I'm grateful. Thanks
Commented by Ar Brandon last updated on 22/May/20
Hey hold on. I wanna give it a last try.
Commented by Ar Brandon last updated on 22/May/20
Thanks for your patience Mr. Niroj
Commented by Ar Brandon last updated on 22/May/20
I found my mistake. It was necessary for me to respect the signs. That is, distinguish between –0 and +0
Answered by niroj last updated on 22/May/20
$$\mathrm{1}.\:\:\mathrm{I}=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\:\pi} \:\frac{\:\mathrm{xdx}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} }\:…..\left(\mathrm{i}\right) \\ $$$$\:\:\:\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\pi} \:\frac{\left(\pi−\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}}{\left\{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \left(\pi−\mathrm{a}\right)+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\left(\pi−\mathrm{a}\right)\right\}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:\: \\ $$$$\:\:\:\:\mathrm{I}\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\pi} \:\frac{\left(\pi−\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} }….\left(\mathrm{ii}\right) \\ $$$$\:\mathrm{Added}\:\left(\mathrm{i}\right)+\left(\mathrm{ii}\right) \\ $$$$\:\:\mathrm{2I}=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \:\frac{\pi}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx} \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{I}=\:\frac{\pi}{\mathrm{2}}×\mathrm{2}\int_{\mathrm{0}} ^{\:\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \frac{\:\mathrm{1}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx} \\ $$$$\:\:\:\:=\:\pi\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\frac{\:\:\mathrm{1}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx} \\ $$$$\:\:\mathrm{Divide}\:\mathrm{numerator\&}\:\mathrm{denominator}\:\mathrm{by}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} \mathrm{x}} \\ $$$$\:\:\:\:=\:\pi\int_{\mathrm{0}} ^{\:\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\frac{\:\mathrm{sec}^{\mathrm{4}} \mathrm{xdx}}{\left\{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}}\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)\right\}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:\:=\:\pi\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\:\frac{\left(\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{1}\right)\:\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\:\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:\:\mathrm{Put}\:\:\mathrm{tan}\:\mathrm{x}\:=\:\mathrm{t} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \mathrm{xdx}=\mathrm{dt} \\ $$$$\:\:\mathrm{If}\:\mathrm{x}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow\:\mathrm{t}=\infty \\ $$$$\:\mathrm{If}\:\mathrm{x}=\mathrm{0}\:\Rightarrow\:\:\mathrm{t}=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\mathrm{N}{o}\mathrm{w}, \\ $$$$\:\:\:\pi\int_{\mathrm{0}} ^{\:\infty} \:\:\frac{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\mathrm{dt}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\:\infty} \:\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt} \\ $$$$\:\:=\:\:\frac{\pi}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }\:\int_{\mathrm{0}\:} ^{\:\infty} \:\:\:\frac{\:\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)+\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt} \\ $$$$\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\:\infty} \:\frac{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt}+\:\frac{\pi}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt} \\ $$$$\:=\:\frac{\pi\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\:\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt}+\frac{\pi}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} .\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} +\left(\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{a}}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt} \\ $$$$\:\:\mathrm{here},\:\mathrm{I}=\:\mathrm{I}_{\mathrm{1}} +\mathrm{I}_{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:\mathrm{I}_{\mathrm{1}} =\:\:\frac{\pi\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\:\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt} \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{Put},\:\mathrm{at}=\:\mathrm{b}\:\mathrm{tan}\theta \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{adt}=\:\mathrm{b}\:\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \theta\mathrm{d}\theta \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{dt}=\:\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{a}}\:\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \theta\mathrm{d}\theta \\ $$$$\:\:\mathrm{If}\:\:\mathrm{t}=\infty\:\Rightarrow\:\theta=\:\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:\mathrm{If}\:\mathrm{t}=\mathrm{0}\:\Rightarrow\:\theta=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\frac{\pi\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{a}}\int_{\mathrm{0}} ^{\:\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \theta\mathrm{d}\theta}{\left(\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \theta+\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:\:=\:\frac{\pi\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{b}}{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \theta\mathrm{d}\theta}{\mathrm{b}^{\mathrm{4}} .\mathrm{sec}^{\mathrm{4}} \theta} \\ $$$$\:=\:\frac{\pi\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}^{\mathrm{3}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \theta\mathrm{d}\theta \\ $$$$\:\:\:\mathrm{cos2}\theta=\:\mathrm{1}−\mathrm{2cos}^{\mathrm{2}} \theta\Rightarrow\:\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \theta\:=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{cos2}\theta}{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:\:\:\left[\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\left(\mathrm{1}−\mathrm{cos2}\theta\right)\mathrm{d}\theta\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \\ $$$$\:\:=\:\left[\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\theta\:−\:\frac{\mathrm{sin2}\theta}{\mathrm{2}}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \Rightarrow\:\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{sin2}×\frac{\pi}{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}\right)−\mathrm{0}\right] \\ $$$$\:\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{4}} \\ $$$$\:\mathrm{I}_{\mathrm{1}} =\:\:\frac{\pi\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}^{\mathrm{3}} }×\frac{\pi}{\mathrm{4}} \\ $$$$\:\mathrm{Again}\:\:\mathrm{for}\: \\ $$$$\:\:\mathrm{I}_{\mathrm{2}} =\:\frac{\pi}{\mathrm{a}^{\mathrm{4}} }\left[\:\frac{\mathrm{1}}{\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{a}}}\:\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{t}}{\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{a}}}\right]_{\mathrm{0}} ^{\infty} \\ $$$$\:\:\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{a}^{\mathrm{4}} }\left[\:\frac{\mathrm{a}}{\mathrm{b}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \frac{\mathrm{at}}{\mathrm{b}}\right]_{\mathrm{0}} ^{\infty} \\ $$$$\:\:\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{a}^{\mathrm{4}} }\left[\:\frac{\mathrm{a}}{\mathrm{b}}×\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\mathrm{0}\right] \\ $$$$\:\:=\:\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}} \\ $$$$\:\mathrm{N}{o}\mathrm{w}\:\mathrm{complete}\:\mathrm{solution} \\ $$$$\:\:\mathrm{I}=\:\mathrm{I}_{\mathrm{1}} +\mathrm{I}_{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:=\:\:\frac{\pi^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{4a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}^{\mathrm{3}} }+\:\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}} \\ $$$$\:=\:\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}}\left(\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2b}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{1}\right) \\ $$$$\:=\:\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}}\left(\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{b}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2b}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2b}^{\mathrm{2}} }\right) \\ $$$$\:=\:\frac{\pi^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{4a}^{\mathrm{3}} \mathrm{b}^{\mathrm{3}} }\:\://.\: \\ $$$$\:\mathrm{Which}\:\mathrm{is}\:\mathrm{required}\:\mathrm{to}\:\mathrm{proof}. \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\: \\ $$
Commented by Mr.D.N. last updated on 22/May/20
Thanks for all of you to presents your ability it's really I appreciate..
Answered by niroj last updated on 22/May/20
$$\:\mathrm{2}.\:\mathrm{Sol}^{\mathrm{n}} : \\ $$$$\:\:\:\mathrm{If}\:\mathrm{m}\:\mathrm{be}\:\mathrm{a}\:\mathrm{mass}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{lamania},\mathrm{then} \\ $$$$\:\mathrm{m}=\:\int_{\mathrm{R}\:} \int\varrho\:\mathrm{dx}\:\mathrm{dy}\:=\:\int_{\mathrm{R}} \int\varrho\mathrm{x}\:\mathrm{dx}\:\mathrm{dy} \\ $$$$\:\:\mathrm{where}\:\mathrm{R}\:\mathrm{being}\:\mathrm{the}\:\mathrm{circle}\: \\ $$$$\:\:\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2ax}\:=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{We}\:\mathrm{know}\:\mathrm{polar}\:\mathrm{transformation} \\ $$$$\:\:\mathrm{x}=\:\mathrm{r}\:\mathrm{cos}\theta\:,\:\:\mathrm{y}=\:\mathrm{r}\:\mathrm{sin}\theta \\ $$$$\:\:\mathrm{then}\:\mathrm{equation}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{circle}\:\mathrm{be}\:\mathrm{comes} \\ $$$$\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{y}^{\mathrm{2}} =\:\mathrm{2ax}\:\:\mathrm{i}.\mathrm{e}.\:\mathrm{r}^{\mathrm{2}} =\mathrm{2ar}\:\mathrm{cos}\theta\:{i}.{e}.\:\:{r}=\mathrm{2}{a}\:{cos}\theta \\ $$$$\:\:{A}\mathrm{lso},\:\mathrm{dxdy}\:=\:\mathrm{r}\:\mathrm{dr}\:\mathrm{d}\theta \\ $$$$\:\:\:\mathrm{The}\:\mathrm{bounded}\:\mathrm{of}\:\mathrm{R}\:\mathrm{of}\:\mathrm{the}\:\mathrm{circle}\:\mathrm{can}\:\mathrm{be}\:\mathrm{described}\:\mathrm{by}−\frac{\pi}{\mathrm{2}}\leqslant\:\theta\leqslant\frac{\pi}{\mathrm{2}}\:\mathrm{and}\: \\ $$$$\:\:\mathrm{0}\leqslant{r}\:\leqslant\mathrm{2a}\:\mathrm{cos}\theta \\ $$$$\:\:\therefore\:\:\mathrm{m}\:=\:\int_{\theta=\frac{−\pi}{\mathrm{2}}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{2a}\:\mathrm{cos}\theta} \mathrm{r}\:\mathrm{cos}\theta\:\mathrm{r}\:\mathrm{dr}\:\mathrm{d}\theta \\ $$$$\:\:\:\:=\:\int_{−\pi/\mathrm{2}} ^{\pi/\mathrm{2}} \:\mathrm{cos}\theta\:\left(\frac{\mathrm{r}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{3}}\right)_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2a}\:\mathrm{cos}\theta} \mathrm{d}\theta \\ $$$$\:\:\:=\:\int_{−\pi/\mathrm{2}} ^{\:\pi/\mathrm{2}} \:\frac{\mathrm{8a}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}}.\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} \theta\:\mathrm{d}\theta \\ $$$$\:\:=\:\frac{\mathrm{16}\:\mathrm{a}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\pi/\mathrm{2}} \:\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} \theta\mathrm{d}\theta\: \\ $$$$\:\:\mathrm{by}\:\mathrm{using}\:\mathrm{gamm}\:\mathrm{function} \\ $$$$\:\:=\:\frac{\mathrm{16a}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}}\frac{\:\:\lceil\mathrm{4}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}.\lceil\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}\lceil\mathrm{3}} \\ $$$$\:=\:\frac{\mathrm{16a}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}}.\:\frac{\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}.\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\sqrt{\pi}\:.\:\sqrt{\pi}}{\mathrm{2}.\mathrm{2}.\mathrm{1}} \\ $$$$\:=\:\frac{\mathrm{16}\:\mathrm{a}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}}.\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}.\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}.\pi \\ $$$$\:=\:\pi\:\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \\ $$$$\:\therefore\:\mathrm{It}'\mathrm{s}\:\mathrm{mass}\:=\:\pi\:\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \://. \\ $$$$ \\ $$
Commented by Mr.D.N. last updated on 22/May/20
what nice outstanding