Question Number 160993 by gbanda95 last updated on 10/Dec/21
Answered by mathmax by abdo last updated on 10/Dec/21
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{3}} \mathrm{sinx}\:\mathrm{dx}\:=\mathrm{I}_{\mathrm{3}} =\mathrm{3}\left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\left(\mathrm{3}−\mathrm{1}\right)\mathrm{I}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{3}\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}−\mathrm{6I}_{\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{I}_{\mathrm{1}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{xsinx}\:\mathrm{dx}\:=\left[−\mathrm{xcosx}\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} +\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{cosxdx} \\ $$$$=\left[\mathrm{sinx}\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:=\mathrm{1}\:\Rightarrow\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{3}} \mathrm{sinx}\:\mathrm{dx}\:=\frac{\mathrm{3}\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}−\mathrm{6} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 10/Dec/21
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{x}^{\mathrm{3}} \mathrm{dx}=\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \left(\frac{\mathrm{k}}{\mathrm{n}}\right)^{\mathrm{3}} \:=\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}^{\mathrm{4}} }\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\mathrm{k}^{\mathrm{3}} \\ $$$$=\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \frac{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4n}^{\mathrm{4}} }\:=\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \frac{\mathrm{n}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{4n}^{\mathrm{4}} }=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 10/Dec/21
$$\mathrm{I}_{\mathrm{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{n}} \mathrm{sinx}\:\mathrm{dx}\:\:\mathrm{by}\:\mathrm{parts}\:\:\mathrm{u}=\mathrm{x}^{\mathrm{n}} \:\mathrm{and}\:\mathrm{v}^{'} \:=\mathrm{sinx} \\ $$$$\mathrm{I}_{\mathrm{n}} =\left[−\mathrm{x}^{\mathrm{n}} \mathrm{cosx}\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:+\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\:\mathrm{nx}^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \mathrm{cosx}\:\mathrm{dx} \\ $$$$=\mathrm{n}\left\{\:\:\left[\mathrm{x}^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \mathrm{sinx}\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} −\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \left(\mathrm{n}−\mathrm{1}\right)\mathrm{x}^{\mathrm{n}−\mathrm{2}} \mathrm{sinx}\:\mathrm{dx}\right\} \\ $$$$=\mathrm{n}\left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} −\mathrm{n}\left(\mathrm{n}−\mathrm{1}\right)\mathrm{I}_{\mathrm{n}−\mathrm{2}} \:\:\:\:\mathrm{with}\:\mathrm{n}\geqslant\mathrm{2} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 10/Dec/21
$$\mathrm{u}_{\mathrm{n}+\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{u}_{\mathrm{n}} +\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{u}_{\mathrm{n}} }\right)\:\:\mathrm{with}\:\mathrm{u}_{\mathrm{1}} =\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{by}\:\mathrm{recurrence} \\ $$$$\mathrm{u}_{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{u}_{\mathrm{1}} +\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{u}_{\mathrm{1}} }\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{3}\right)=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}>\sqrt{\mathrm{2}}\:\left(\mathrm{true}\right) \\ $$$$\mathrm{let}\:\mathrm{suppose}\:\mathrm{u}_{\mathrm{n}} >\sqrt{\mathrm{2}}\:\Rightarrow\mathrm{u}_{\mathrm{n}+\mathrm{1}} −\sqrt{\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{u}_{\mathrm{n}} +\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{u}_{\mathrm{n}} }\right)−\sqrt{\mathrm{2}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\frac{\mathrm{u}_{\mathrm{n}} ^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}{\mathrm{u}_{\mathrm{n}} }\right)−\sqrt{\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\frac{\mathrm{u}_{\mathrm{n}} ^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{u}_{\mathrm{n}} }{\mathrm{u}_{\mathrm{n}} }=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2u}_{\mathrm{n}} }\left(\mathrm{u}_{\mathrm{n}} −\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} >\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{u}_{\mathrm{n}+\mathrm{1}} >\sqrt{\mathrm{2}} \\ $$