Question Number 127090 by physicstutes last updated on 26/Dec/20
$$\mathrm{Given}\:\mathrm{that}\: \\ $$$$\:\:\mathcal{I}_{{n}} \:=\:\underset{\mathrm{0}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}{x}\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{{n}} {dx}\:,\:{n}\:\in\:\mathbb{Z}^{+} \\ $$$$\:\mathrm{show}\:\mathrm{that}\:\:\left({n}+\mathrm{2}\right)\mathcal{I}_{{n}} \:=\:{nI}_{{n}−\mathrm{1}} ,\:{n}\:\geqslant\:\mathrm{1}. \\ $$
Answered by Dwaipayan Shikari last updated on 26/Dec/20
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {x}\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{{n}} {dx} \\ $$$$=\frac{\Gamma\left(\mathrm{2}\right)\Gamma\left({n}+\mathrm{1}\right)}{\Gamma\left({n}+\mathrm{3}\right)}=\frac{\mathrm{1}!{n}!}{\left({n}+\mathrm{2}\right)!}=\frac{\mathrm{1}}{\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)} \\ $$$${I}_{{n}} =\frac{\mathrm{1}}{\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}\Rightarrow\left({n}+\mathrm{2}\right){I}_{{n}} =\frac{\mathrm{1}}{\left({n}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$${I}_{{n}−\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{1}}{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)}=\frac{\mathrm{1}}{{n}}\left({n}+\mathrm{2}\right){I}_{{n}} \Rightarrow{I}_{{n}} \left({n}+\mathrm{2}\right)={nI}_{{n}−\mathrm{1}} \\ $$
Answered by Olaf last updated on 26/Dec/20
$$\mathrm{I}_{{n}} \:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {x}\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{{n}} {dx},\:{n}\in\mathbb{Z}^{+} \\ $$$$\mathrm{Let}\:{u}\:=\:\mathrm{1}−{x} \\ $$$$\mathrm{I}_{{n}} \:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}−{u}\right){u}^{{n}} {du}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{2}}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)} \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{I}_{{n}−\mathrm{1}} \:=\:\frac{\mathrm{1}}{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)},\:{n}\geqslant\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{and}\:\frac{\mathrm{I}_{{n}} }{\mathrm{I}_{{n}−\mathrm{1}} }\:=\:\frac{{n}}{{n}+\mathrm{2}} \\ $$
Commented by physicstutes last updated on 26/Dec/20
$$\mathrm{thanks}\:\mathrm{sirs},\:\mathrm{but}\:\mathrm{how}\:\mathrm{about}\:\mathrm{a}\:\mathrm{method}\:\mathrm{using} \\ $$$$\mathrm{integration}\:\mathrm{by}\:\mathrm{parts} \\ $$$$\mathrm{by}\:\mathrm{letting}\:{u}\:=\:{x}\:\mathrm{and}\:{dv}\:=\:\left(\mathrm{1}−{x}\right)^{{n}} {dx} \\ $$
Answered by Ar Brandon last updated on 26/Dec/20
$$\mathcal{I}_{\mathrm{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{x}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}} \mathrm{dx},\:\mathrm{n}\in\mathbb{Z}^{+} \\ $$$$\begin{cases}{\mathrm{u}\left(\mathrm{x}\right)=\mathrm{x}}\\{\mathrm{v}'\left(\mathrm{x}\right)=\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}} }\end{cases}\:\Rightarrow\:\begin{cases}{\mathrm{u}'\left(\mathrm{x}\right)=\mathrm{1}}\\{\mathrm{v}\left(\mathrm{x}\right)=−\frac{\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{n}+\mathrm{1}}}\end{cases} \\ $$$$\mathcal{I}_{\mathrm{n}} =\mathrm{u}\left(\mathrm{x}\right)\centerdot\mathrm{v}\left(\mathrm{x}\right)−\int\mathrm{v}\left(\mathrm{x}\right)\centerdot\mathrm{u}'\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx} \\ $$$$\:\:\:\:\:=\left[−\frac{\mathrm{x}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{n}+\mathrm{1}}\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} +\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{n}+\mathrm{1}}\mathrm{dx} \\ $$$$\:\:\:\:\:=−\left[\frac{\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}+\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{n}+\mathrm{2}\right)}\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{n}+\mathrm{2}\right)} \\ $$$$\mathcal{I}_{\mathrm{n}−\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)}\:\Rightarrow\:\frac{\mathcal{I}_{\mathrm{n}} }{\mathcal{I}_{\mathrm{n}−\mathrm{1}} }=\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{n}+\mathrm{2}} \\ $$$$\left(\mathrm{n}+\mathrm{2}\right)\mathcal{I}_{\mathrm{n}} =\mathrm{n}\mathcal{I}_{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \\ $$
Commented by Ar Brandon last updated on 27/Dec/20
$${De}\:{nada}\:! \\ $$
Commented by physicstutes last updated on 27/Dec/20
$$\mathrm{excellento}!\:\mathrm{gracias} \\ $$
Answered by Ar Brandon last updated on 26/Dec/20
$$\mathcal{I}_{\mathrm{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{x}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}} \mathrm{dx},\:\mathrm{n}\in\mathbb{Z}^{+} \\ $$$$\begin{cases}{\mathrm{u}\left(\mathrm{x}\right)=\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}} }\\{\mathrm{v}'\left(\mathrm{x}\right)=\mathrm{x}}\end{cases}\:\Rightarrow\:\begin{cases}{\mathrm{u}'\left(\mathrm{x}\right)=−\mathrm{n}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} }\\{\mathrm{v}\left(\mathrm{x}\right)=\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}}\end{cases} \\ $$$$\mathcal{I}_{\mathrm{n}} =\left[\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\centerdot\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}} \right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} +\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{x}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \mathrm{dx} \\ $$$$\:\:\:\:\:=\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left\{−\mathrm{x}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \mathrm{dx}\right. \\ $$$$\:\:\:\:\:=\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left\{−\mathrm{x}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} +\mathrm{x}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \right\}\mathrm{dx} \\ $$$$\:\:\:\:\:=\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left\{−\mathrm{x}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}} +\mathrm{x}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \right\}\mathrm{dx} \\ $$$$\:\:\:\:\:=\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}\left\{−\mathcal{I}_{\mathrm{n}} +\mathcal{I}_{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \right\}\:\Rightarrow\:\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}\right)\mathcal{I}_{\mathrm{n}} =\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{2}}\mathcal{I}_{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \\ $$$$\left(\mathrm{n}+\mathrm{2}\right)\mathcal{I}_{\mathrm{n}} =\mathrm{n}\mathcal{I}_{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \\ $$