Question Number 38232 by rahul 19 last updated on 23/Jun/18
$$\mathrm{Differentiate}\: \\ $$$$\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{1}}{{x}}\right)\:\: \\ $$$${without}\:{using}\:{any}\:{trigonometric}\: \\ $$$${substitution}\:! \\ $$
Commented by math khazana by abdo last updated on 23/Jun/18
$${we}\:{have}\:{f}\left({x}\right)={arctan}\left({u}\left({x}\right)\right){with}\: \\ $$$${u}\left({x}\right)=\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\:−\mathrm{1}}{{x}}\:=\:\frac{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{{x}\left(\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\:+\mathrm{1}\right)}\:=\:\frac{{x}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{1}} \\ $$$$\left({x}\neq\mathrm{0}\right)\:\Rightarrow{f}^{'} \left({x}\right)=\:\frac{{u}^{'} \left({x}\right)}{\mathrm{1}+\left({u}\left({x}\right)\right)^{\mathrm{2}} }\:{but} \\ $$$${u}^{'} \left({x}\right)=\:\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{1}\:−{x}\left(\frac{{x}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }}\right)}{\left(\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \:+\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\:−{x}^{\mathrm{2}} }{\:\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\left(\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\:\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\left(\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow \\ $$$${f}^{'} \left({x}\right)\:=\:\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\left(\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:.\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\left(\frac{{x}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }}\:+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}\:+\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \left(\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }}\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} +\left({x}+\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\:\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\:+\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }{\left(\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \:}\:+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left(\:\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \:+\left({x}+\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\right)^{\mathrm{2}} \right.}\:. \\ $$
Answered by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 23/Jun/18
$${let}\:{find}\:{the}\:{answer}\:{using}\:{trigo}… \\ $$$${then}\:{without}\:{trigo}… \\ $$$${y}={tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\:−\mathrm{1}}{{x}}\right) \\ $$$${x}={tank}\:\:\:\frac{{dx}}{{dk}}={sec}^{\mathrm{2}} {k}=\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \\ $$$${y}={tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{{seck}−\mathrm{1}}{{tank}}\right) \\ $$$${y}={tan}^{−} \left(\frac{\mathrm{1}−{cosk}}{{sink}}\right) \\ $$$${y}={tan}^{−\mathrm{1}} \left({tan}\frac{{k}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$${y}=\frac{{k}}{\mathrm{2}}\:\:\:\frac{{dy}}{{dk}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\frac{{dy}}{{dx}}=\frac{{dy}}{{dk}}×\frac{{dk}}{{dx}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} } \\ $$
Answered by MJS last updated on 23/Jun/18
$$\frac{{d}}{{dx}}\left[\mathrm{arctan}\:{x}\right]=\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{this}\:\mathrm{is}\:\mathrm{a}\:\mathrm{standard}\:\mathrm{derivate}… \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{get}\:\mathrm{it}\:\mathrm{this}\:\mathrm{way}: \\ $$$$\mathrm{arctan}\:{x}={f}\left({x}\right) \\ $$$${x}=\mathrm{tan}\left({f}\left({x}\right)\right) \\ $$$$\frac{{d}}{{dx}}\left[{x}\right]=\frac{{d}}{{dx}}\left[\mathrm{tan}\left({f}\left({x}\right)\right)\right] \\ $$$$\mathrm{1}=\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({f}\left({x}\right)\right){f}'\left({x}\right) \\ $$$$\mathrm{1}=\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{arctan}\:{x}\right){f}'\left({x}\right) \\ $$$${f}'\left({x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{arctan}\:{x}\right)} \\ $$$$\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \:\alpha=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\alpha}=\frac{\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \:\alpha\:+\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\alpha}{\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:\alpha}=\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:\alpha\:+\mathrm{1} \\ $$$${f}'\left({x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{arctan}\:{x}\right)+\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}} \\ $$$$ \\ $$$$\frac{{d}}{{dx}}\left[\mathrm{arctan}\:\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{1}}{{x}}\right]= \\ $$$$=\frac{\frac{{d}}{{dx}}\left[\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{1}}{{x}}\right]}{\left(\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{1}}{{x}}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}=\frac{\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }}}{\mathrm{2}\frac{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} −\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }}{{x}^{\mathrm{2}} }}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)} \\ $$
Answered by ajfour last updated on 23/Jun/18
$${let}\:{x}=\mathrm{tan}\:\theta \\ $$$${y}=\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{1}−\mathrm{cos}\:\theta}{\mathrm{sin}\:\theta}\right) \\ $$$$\:\:=\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{tan}\:\frac{\theta}{\mathrm{2}}\right)\:=\:\frac{\theta}{\mathrm{2}} \\ $$$${y}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} {x} \\ $$$$\frac{{dy}}{{dx}}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)}\:. \\ $$
Answered by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 23/Jun/18
$${tany}=\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\:−\mathrm{1}}{{x}} \\ $$$${xtany}+\mathrm{1}=\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \:} \\ $$$${x}^{\mathrm{2}} {tan}^{\mathrm{2}} {y}+\mathrm{2}{xtany}+\mathrm{1}=\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \\ $$$${x}^{\mathrm{2}} {tan}^{\mathrm{2}} {y}+\mathrm{2}{xtany}−{x}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$$${x}^{\mathrm{2}} \left({tan}^{\mathrm{2}} {y}−\mathrm{1}\right)+\mathrm{2}{xtany}=\mathrm{0} \\ $$$${x}\left\{{x}\left({tan}^{\mathrm{2}} {y}−\mathrm{1}\right)+\mathrm{2}{tany}\right\}=\mathrm{0} \\ $$$${x}\left({tan}^{\mathrm{2}} {y}−\mathrm{1}\right)+\mathrm{2}{tany}=\mathrm{0} \\ $$$${x}=\frac{\mathrm{2}{tany}}{\mathrm{1}−{tan}^{\mathrm{2}} {y}}=\frac{\mathrm{2}{sinycosy}}{{cos}^{\mathrm{2}} {y}−{sin}^{\mathrm{2}} {y}}={tan}\mathrm{2}{y} \\ $$$$\frac{{dx}}{{dy}}=\mathrm{2}{sec}^{\mathrm{2}} \mathrm{2}\overset{} {{y}}=\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right) \\ $$$$\frac{{dy}}{{dx}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)} \\ $$