Question Number 101500 by mathmax by abdo last updated on 03/Jul/20
$$\mathrm{let}\:\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)=\mathrm{cosx}\:.\mathrm{cos}\left(\mathrm{2x}\right).\mathrm{cos}\left(\mathrm{3x}\right) \\ $$$$\left.\mathrm{1}\right)\mathrm{calculate}\:\mathrm{f}^{\left(\mathrm{n}\right)} \left(\mathrm{x}\right)\:\mathrm{and}\:\mathrm{f}^{\left(\mathrm{n}\right)} \left(\mathrm{0}\right) \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right)\mathrm{developp}\:\mathrm{f}\:\mathrm{at}\:\:\mathrm{integr}\:\mathrm{serie} \\ $$$$\mathrm{3}.\:\mathrm{calculate}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx} \\ $$
Commented by bemath last updated on 03/Jul/20
$$\left(\mathrm{3}\right)\underset{\mathrm{0}} {\overset{\pi/\mathrm{2}} {\int}}\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\:\mathrm{dx}\:=\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{24}}\mathrm{sin}\:\mathrm{6x}+\right. \\ $$$$\left.\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\mathrm{sin}\:\mathrm{2x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\mathrm{sin}\:\mathrm{4x}\:\right]_{\mathrm{0}} ^{\pi/\mathrm{2}} \\ $$$$=\:\frac{\pi}{\mathrm{8}}\:\blacksquare \\ $$$$\mathrm{cos}\:\left(\mathrm{3x}\right)\mathrm{cos}\:\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{cos}\:\left(\mathrm{2x}\right)= \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{cos}\:\mathrm{4x}+\mathrm{cos}\:\mathrm{2x}\right)\mathrm{cos}\:\mathrm{2x}= \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{cos}\:\mathrm{4xcos}\:\mathrm{2x}+\mathrm{cos}\:^{\mathrm{2}} \mathrm{2x}\right)= \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{cos}\:\mathrm{6x}+\mathrm{cos}\:\mathrm{2x}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{cos}\:\mathrm{4x}\right)= \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{cos}\:\mathrm{6x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{cos}\:\mathrm{2x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{cos}\:\mathrm{4x} \\ $$
Answered by Ramajunan last updated on 03/Jul/20
$$\mathrm{Nice}\:\mathrm{question} \\ $$$$\mathrm{Expressing}\:\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\:\mathrm{as}\:\mathrm{the}\:\mathrm{sum}\:\mathrm{of}\:\mathrm{cosines}\:\mathrm{angles} \\ $$$$\mathrm{cosxcos}\left(\mathrm{2x}\right)\mathrm{cos}\left(\mathrm{3x}\right) \\ $$$$\Rightarrow\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left(\mathrm{cos}\left(\mathrm{5x}\right)+\mathrm{cosx}\right)\mathrm{cosx} \\ $$$$\Rightarrow\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{cos}\left(\mathrm{5x}\right)\mathrm{cosx}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left[\mathrm{cos}\left(\mathrm{6x}\right)+\mathrm{cos}\left(\mathrm{4x}\right)+\mathrm{cos}\left(\mathrm{2x}\right)+\mathrm{1}\right] \\ $$$$\mathrm{f}^{'} \left(\mathrm{x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left[−\mathrm{6sin}\left(\mathrm{6x}\right)−\mathrm{4sin}\left(\mathrm{4x}\right)−\mathrm{2sin}\left(\mathrm{2x}\right)\right] \\ $$$$\mathrm{f}^{''} \left({x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left(−\mathrm{6}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{6x}\right)−\mathrm{4}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{4x}\right)−\mathrm{2}^{\mathrm{2}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{2x}\right)\right] \\ $$$$\mathrm{f}^{\left(\mathrm{3}\right)} \left(\mathrm{x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left(\mathrm{6}^{\mathrm{3}} \mathrm{sin}\left(\mathrm{6x}\right)+\mathrm{4}^{\mathrm{3}} \mathrm{sin}\left(\mathrm{x}\right)+\mathrm{2}^{\mathrm{3}} \mathrm{sin}\left(\mathrm{2x}\right)\right. \\ $$$$\mathrm{f}^{\left(\mathrm{n}\right)} \left(\mathrm{x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left(\mathrm{6}^{\mathrm{n}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{6x}+\frac{{n}\pi}{\mathrm{2}}\right)+\mathrm{4}^{\mathrm{n}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{4x}+\frac{\mathrm{n}\pi}{\mathrm{2}}\right)+\mathrm{2}^{{n}} {cos}\left(\mathrm{2}{x}+\frac{\mathrm{n}\pi}{\mathrm{2}}\right)\right]\:\mathrm{for}\:\vee{n} \\ $$$$\mathrm{f}^{\mathrm{n}} \left(\mathrm{0}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left(\mathrm{6}^{\mathrm{n}} \mathrm{cos}\left(\frac{\mathrm{n}\pi}{\mathrm{2}}\right)+\mathrm{4}^{\mathrm{n}} \mathrm{cos}\left(\frac{\mathrm{n}\pi}{\mathrm{2}}\right)+\mathrm{2}^{{n}} \mathrm{cos}\left(\frac{\mathrm{n}\pi}{\mathrm{2}}\right)\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left(\mathrm{6}^{\mathrm{n}} +\mathrm{4}^{\mathrm{n}} +\mathrm{2}^{\mathrm{n}} \right)\mathrm{cos}\left(\frac{\mathrm{n}\pi}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$ \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right)\:{Don}'{t}\:\mathrm{understand}\:\mathrm{number}\:\mathrm{2} \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{Number}\:\mathrm{3} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} {cosxcos}\left(\mathrm{2}{x}\right){cos}\left(\mathrm{3}{x}\right){dx} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \left[\mathrm{cos}\left(\mathrm{6x}\right)+\mathrm{cos}\left(\mathrm{4x}\right)+\mathrm{cos}\left(\mathrm{2x}\right)+\mathrm{1}\right] \\ $$$$\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left(\frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{6x}\right)}{\mathrm{6}}+\frac{\mathrm{cos}\left(\mathrm{4x}\right)}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{2x}\right)}{\mathrm{2}}+\mathrm{x}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$
Commented by abdomathmax last updated on 03/Jul/20
$$\mathrm{thanks}\:\mathrm{sir}. \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 04/Jul/20
$$\left.\mathrm{1}\right)\:\mathrm{let}\:\mathrm{transform}\:\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\:\mathrm{to}\:\mathrm{sum}\:\mathrm{we}\:\mathrm{have}\: \\ $$$$\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\:=\mathrm{cosx}\:\mathrm{cos}\left(\mathrm{2x}\right).\mathrm{cos}\left(\mathrm{3x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left\{\mathrm{cos}\left(\mathrm{3x}\right)+\mathrm{cosx}\right\}\mathrm{cos}\left(\mathrm{3x}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{3x}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\mathrm{cosx}\:\mathrm{cos}\left(\mathrm{3x}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left(\mathrm{1}+\mathrm{cos}\left(\mathrm{6x}\right)\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left\{\mathrm{cos}\left(\mathrm{4x}\right)+\mathrm{cos}\left(\mathrm{2x}\right)\right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left(\mathrm{1}+\mathrm{cos}\left(\mathrm{2x}\right)+\mathrm{cos}\left(\mathrm{4x}\right)\:+\mathrm{cos}\left(\mathrm{6x}\right)\right\}\:\mathrm{so}\:\mathrm{for}\:\mathrm{n}\geqslant\mathrm{1}\:\mathrm{we}\:\mathrm{get} \\ $$$$\mathrm{f}^{\left(\mathrm{n}\right)} \left(\mathrm{x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left\{\:\mathrm{cos}^{\left(\mathrm{n}\right)} \left(\mathrm{2x}\right)+\mathrm{cos}^{\left(\mathrm{n}\right)} \left(\mathrm{4x}\right)\:+\mathrm{cos}^{\left(\mathrm{n}\right)} \left(\mathrm{6x}\right)\right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left\{\:\left(\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{2ix}} +\mathrm{e}^{−\mathrm{2ix}} }{\mathrm{2}}\right)^{\left(\mathrm{n}\right)} \:+\left(\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{4ix}} +\mathrm{e}^{−\mathrm{4ix}} }{\mathrm{2}}\right)^{\left(\mathrm{n}\right)\:} \:+\left(\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{6ix}} \:+\mathrm{e}^{−\mathrm{6ix}} }{\mathrm{2}}\right)^{\left(\mathrm{n}\right)} \right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\left\{\:\:\left(\mathrm{2i}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{e}^{\mathrm{2ix}} \:+\left(−\mathrm{2i}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{e}^{−\mathrm{2ix}} \:+\left(\mathrm{4i}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{e}^{\mathrm{4ix}} \:+\left(−\mathrm{4i}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{e}^{−\mathrm{4ix}} \:+\left(\mathrm{6i}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{e}^{\mathrm{6ix}} \:+\left(−\mathrm{6i}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{e}^{−\mathrm{6ix}} \right\} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{f}^{\left(\mathrm{n}\right)} \left(\mathrm{0}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\left\{\:\left(\mathrm{2i}\right)^{\mathrm{n}\:} \:+\left(−\mathrm{2i}\right)^{\mathrm{n}} \:+\left(\mathrm{4i}\right)^{\mathrm{n}} +\left(−\mathrm{4i}\right)^{\mathrm{n}\:} \:+\left(\mathrm{6i}\right)^{\mathrm{n}} \:+\left(−\mathrm{6i}\right)^{\mathrm{n}} \right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\left\{\:\mathrm{2}^{\mathrm{n}} \left(\mathrm{i}^{\mathrm{n}\:} +\left(−\mathrm{i}\right)^{\mathrm{n}} \right)+\mathrm{4}^{\mathrm{n}} \left(\mathrm{i}^{\mathrm{n}\:} +\left(−\mathrm{i}\right)^{\mathrm{n}} \right)\:+\mathrm{6}^{\mathrm{n}} \left(\mathrm{i}^{\mathrm{n}\:} +\left(−\mathrm{i}\right)^{\mathrm{n}} \right)\right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\left\{\mathrm{2}^{\mathrm{n}} \left(\mathrm{2}\:\mathrm{cos}\left(\frac{\mathrm{n}\pi}{\mathrm{2}}\right)\right)\:+\mathrm{4}^{\mathrm{n}} \left(\mathrm{2cos}\left(\frac{\mathrm{n}\pi}{\mathrm{2}}\right)\right)+\mathrm{6}^{\mathrm{n}} \left(\mathrm{2cos}\left(\frac{\mathrm{n}\pi}{\mathrm{2}}\right)\right\}\right. \\ $$$$\mathrm{f}^{\left(\mathrm{n}\right)} \left(\mathrm{0}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{cos}\left(\frac{\mathrm{n}\pi}{\mathrm{2}}\right)\left\{\:\mathrm{2}^{\mathrm{n}} \:+\mathrm{4}^{\mathrm{n}} \:+\mathrm{6}^{\mathrm{n}} \right\} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 04/Jul/20
$$\left.\mathrm{2}\right)\:\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\:=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{f}^{\left(\mathrm{n}\right)} \left(\mathrm{0}\right)}{\mathrm{n}!}\:\mathrm{x}^{\mathrm{n}\:} \:=\mathrm{f}\left(\mathrm{0}\right)\:+\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{f}^{\left(\mathrm{n}\right)} \left(\mathrm{0}\right)}{\mathrm{n}!}\:\mathrm{x}^{\mathrm{n}} \\ $$$$\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)=\mathrm{1}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty\:} \:\:\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{n}} \:+\mathrm{4}^{\mathrm{n}} \:+\mathrm{6}^{\mathrm{n}} }{\mathrm{n}!}\:\mathrm{cos}\left(\frac{\mathrm{n}\pi}{\mathrm{2}}\right)\:\mathrm{x}^{\mathrm{n}} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 04/Jul/20
$$\left.\mathrm{3}\right)\:\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left\{\mathrm{1}+\mathrm{cos}\left(\mathrm{2x}\right)+\mathrm{cos}\left(\mathrm{4x}\right)\:+\mathrm{cos}\left(\mathrm{6x}\right)\right\}\:\Rightarrow \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}\:=\frac{\pi}{\mathrm{8}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\mathrm{cos}\left(\mathrm{2x}\right)\mathrm{dx}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\mathrm{cos}\left(\mathrm{4x}\right)\mathrm{dx}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\mathrm{cos}\left(\mathrm{6x}\right)\mathrm{dx} \\ $$$$=\frac{\pi}{\mathrm{8}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\left[\mathrm{sin}\left(\mathrm{2x}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\left[\mathrm{sin}\left(\mathrm{4x}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{24}}\left[\mathrm{sin}\left(\mathrm{6x}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \\ $$$$=\frac{\pi}{\mathrm{8}}\:+\mathrm{0}\:+\mathrm{0}\:+\mathrm{0}\:=\frac{\pi}{\mathrm{8}}\:\Rightarrow\:\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}\:=\frac{\pi}{\mathrm{8}} \\ $$