Question Number 118969 by benjo_mathlover last updated on 21/Oct/20
$$\:{Given}\:{f}\left({x}\right)\:=\:\frac{\mathrm{sin}\:{x}+\mathrm{cos}\:{x}}{\mathrm{sin}\:{x}−\mathrm{cos}\:{x}} \\ $$$${find}\:{the}\:{value}\:{of}\: \\ $$$$\:{f}\:''\left({x}\right)\:+\:{f}\:'\left({x}\right)\:+\:\mathrm{1}\:. \\ $$
Answered by TANMAY PANACEA last updated on 21/Oct/20
$${f}\left({x}\right)=\frac{{tanx}+\mathrm{1}}{{tanx}−\mathrm{1}}=−{tan}\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}+{x}\right) \\ $$$${f}^{'} \left({x}\right)=−{sec}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}+{x}\right) \\ $$$${f}^{''} \left({x}\right)=−\mathrm{2}{sec}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}+{x}\right){tan}\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}+{x}\right) \\ $$$$\mathrm{1}+{f}^{'} \left({x}\right)+{f}^{''} \left({x}\right)=\mathrm{1}−\mathrm{2}{sec}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}+{x}\right){tan}\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}+{x}\right)−{sec}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}+{x}\right) \\ $$$$ \\ $$
Answered by bramlexs22 last updated on 21/Oct/20
$$\:{f}\:'\left({x}\right)\:=\:\frac{\left(\mathrm{cos}\:{x}−\mathrm{sin}\:{x}\right)\left(\mathrm{sin}\:{x}−\mathrm{cos}\:{x}\right)−\left(\mathrm{sin}\:{x}+\mathrm{cos}\:{x}\right)\left(\mathrm{cos}\:{x}+\mathrm{sin}\:{x}\right)}{\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\:\frac{\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}−\left(\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\right)}{\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}}\:=\:\frac{−\mathrm{2}}{\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}} \\ $$$${f}\:''\left({x}\right)\:=\:\frac{\mathrm{0}−\left(−\mathrm{2}\right)\left(−\mathrm{2cos}\:\mathrm{2}{x}\right)}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\:\frac{−\mathrm{4cos}\:\mathrm{2}{x}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$ \\ $$$${f}\:''\left({x}\right)+{f}\:'\left({x}\right)+\mathrm{1}\:=\:\frac{−\mathrm{4cos}\:\mathrm{2}{x}−\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\right)+\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\right)^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:\:=\:\frac{−\mathrm{4cos}\:\mathrm{2}{x}+\mathrm{2sin}\:\mathrm{2}{x}−\mathrm{2}+\mathrm{1}−\mathrm{2sin}\:\mathrm{2}{x}+\mathrm{sin}\:^{\mathrm{2}} \mathrm{2}{x}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:\:=\:\frac{\mathrm{sin}\:^{\mathrm{2}} \mathrm{2}{x}−\mathrm{4cos}\:\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\:\frac{\mathrm{1}−\mathrm{cos}\:^{\mathrm{2}} \mathrm{2}{x}−\mathrm{4cos}\:\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:=\:\frac{−\mathrm{cos}\:\mathrm{2}{x}\left(\mathrm{cos}\:\mathrm{2}{x}+\mathrm{4}\right)}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\right)^{\mathrm{2}} }\: \\ $$
Answered by MJS_new last updated on 21/Oct/20
$$\mathrm{sin}\:{x}\:=\frac{\mathrm{tan}\:{x}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:{x}}}\wedge\mathrm{cos}\:{x}\:=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:{x}}} \\ $$$$\mathrm{let}\:{t}=\mathrm{tan}\:{x}\:\Rightarrow\:{t}'=\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$${f}\left({x}\right)=\frac{{t}+\mathrm{1}}{{t}−\mathrm{1}} \\ $$$${f}'\left({x}\right)=−\frac{\mathrm{2}{t}'}{\left({t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=−\frac{\mathrm{2}\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}{\left({t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${f}''\left({x}\right)=\frac{\mathrm{4}{t}'\left({t}+\mathrm{1}\right)}{\left({t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }=\frac{\mathrm{4}\left({t}+\mathrm{1}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}{\left({t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} } \\ $$$$\mathrm{1}+{f}'\left({x}\right)+{f}''\left({x}\right)=\frac{\left({t}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{5}\right)}{\left({t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }= \\ $$$$=−\frac{\left(\mathrm{1}+\mathrm{tan}\:{x}\right)\left(\mathrm{5}+\mathrm{3tan}^{\mathrm{2}} \:{x}\right)}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:{x}\right)^{\mathrm{3}} }= \\ $$$$=\frac{\left(\mathrm{sin}\:{x}\:+\mathrm{cos}\:{x}\right)\left(\mathrm{3}+\mathrm{2cos}^{\mathrm{2}} \:{x}\right)}{\left(\mathrm{sin}\:{x}\:−\mathrm{cos}\:{x}\right)^{\mathrm{3}} } \\ $$