Question Number 38123 by maxmathsup by imad last updated on 22/Jun/18
$${f}\:{is}\:{a}\:{function}\:{positive}\:\:{and}\:{C}^{\mathrm{1}} \:\: \\ $$$$\left.\mathrm{1}\right)\:{find}\:\int\:\:\:\:\frac{{f}^{'} }{\mathrm{2}\sqrt{{f}}\sqrt{\mathrm{1}+{f}}}{dx} \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right){let}\:\:{A}_{{n}} =\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\:\:\frac{{x}^{\frac{{n}}{\mathrm{2}}} }{{x}\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{{n}} }} \\ $$$${calculate}\:{A}_{{n}} \:\:{and}\:{lim}_{{n}\rightarrow+\infty} \:{A}_{{n}} \\ $$
Commented by prof Abdo imad last updated on 22/Jun/18
$${changement}\:\sqrt{{f}}={u}\:\left({u}\:{function}!\right)\:{give} \\ $$$$\int\:\:\frac{{f}^{'} }{\mathrm{2}\sqrt{{f}}\sqrt{\mathrm{1}+{f}}}{dx}=\int\:\frac{\mathrm{2}{u}^{'} {u}}{\mathrm{2}{u}\sqrt{\mathrm{1}+{u}^{\mathrm{2}} }}{dx} \\ $$$$=\int\:\:\:\:\frac{{u}^{'} }{\:\sqrt{\mathrm{1}+{u}^{\mathrm{2}} }}{dx}={ln}\left({u}\:+\sqrt{\mathrm{1}+{u}^{\mathrm{2}} }\right)\:+{c} \\ $$$$={ln}\left(\sqrt{{f}}\:+\sqrt{\mathrm{1}+{f}}\right)\:+{c}\:\: \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right)\:{we}\:{have}\:{A}_{{n}} \:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\:\:\frac{{x}^{\frac{{n}}{\mathrm{2}}} }{{x}\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{{n}} }}{dx}\: \\ $$$${changement}\:{x}^{{n}} ={t}\:{give}\:{x}={t}^{\frac{\mathrm{1}}{{n}}} \:\:{and} \\ $$$${A}_{{n}} \:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\:\frac{{t}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} }{{t}^{\frac{\mathrm{1}}{{n}}\:} \sqrt{\mathrm{1}+{t}}}\:\frac{\mathrm{1}}{{n}}{t}^{\frac{\mathrm{1}}{{n}}\:−\mathrm{1}} {dt} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{n}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\:\:\frac{{dt}}{\:\sqrt{{t}}\sqrt{\mathrm{1}+{t}}}\:=_{\sqrt{{t}}={u}} \:\:\frac{\mathrm{1}}{{n}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\:\:\frac{\mathrm{2}{udu}}{{u}\sqrt{\mathrm{1}+{u}^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{2}}{{n}}\left[{ln}\left({u}\:+\sqrt{\mathrm{1}+{u}^{\mathrm{2}} }\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{{n}}\left\{\:{ln}\left(\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)\right\} \\ $$$$ \\ $$
Answered by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 22/Jun/18
$$\left.\mathrm{1}\right)\int\frac{\frac{{df}}{{dx}}}{\mathrm{2}\sqrt{{f}}\:\sqrt{\mathrm{1}+{f}}}{dx} \\ $$$$\int\frac{{df}}{\mathrm{2}\sqrt{{f}}\:\sqrt{\mathrm{1}+{f}}} \\ $$$${t}^{\mathrm{2}} =\mathrm{1}+{f} \\ $$$$\int\frac{\mathrm{2}{tdt}}{\mathrm{2}\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}\:×{t}} \\ $$$$\int\frac{{dt}}{\:\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}}\:\:{use}\:{formula}\:\int\frac{{dx}}{\:\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} −{a}^{\mathrm{2}} }} \\ $$$${ln}\left({t}+\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}\:\right)+{c} \\ $$$${ln}\left(\sqrt{\mathrm{1}+{f}}\:+\sqrt{{f}}\:\right)+{c} \\ $$$$ \\ $$
Answered by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 22/Jun/18
$${x}^{{n}} +\mathrm{1}={t}^{\mathrm{2}} \:\:\:\:\mathrm{2}{tdt}\:={nx}^{{n}−\mathrm{1}} {dx} \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{2}{tdt}={nx}^{{n}} \frac{{dx}}{{x}} \\ $$$$\frac{\mathrm{2}{tdt}}{{n}\left({t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}=\frac{{dx}}{{x}} \\ $$$$\int_{\mathrm{1}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}\:} \frac{\mathrm{2}{tdt}}{{n}\left({t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}×\frac{\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}\:}{{t}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{{n}}\int_{\mathrm{1}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}} \sqrt{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}\:{dt} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{{n}}\mid\frac{{t}}{\mathrm{2}}\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left({t}+\sqrt{\left.{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}\:\mid_{\mathrm{1}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}\:} \right. \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{{n}}\left\{\frac{\sqrt{\mathrm{2}}\:}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left(\sqrt{\mathrm{2}}\:+\mathrm{1}\right)\right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{n}}\left\{\frac{\sqrt{\mathrm{2}}\:}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left(\sqrt{\mathrm{2}}\:+\mathrm{1}\right)\right\} \\ $$$${when}\:{n}\rightarrow\infty\:\:{value}\:{of}\:{intregation}\:{is}\:\mathrm{0} \\ $$$${use}\:{formula}\int\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} −{a}^{\mathrm{2}} \:}\:{dx} \\ $$$$ \\ $$
Commented by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 22/Jun/18