Question Number 194250 by horsebrand11 last updated on 01/Jul/23
$$\:\mathrm{find}\:\mathrm{the}\:\mathrm{value}\:\mathrm{of}\:\mathrm{a}\:\mathrm{for}\:\mathrm{which}\:\mathrm{the}\:\mathrm{limit} \\ $$$$\:\underset{{x}\rightarrow\mathrm{0}} {\mathrm{lim}}\:\frac{\mathrm{sin}\:\left(\mathrm{ax}\right)−\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{x}\right)−\mathrm{x}}{\mathrm{x}^{\mathrm{3}} +\mathrm{x}^{\mathrm{4}} }\:\mathrm{is}\:\mathrm{finite}\: \\ $$$$\:\mathrm{and}\:\mathrm{then}\:\mathrm{evaluate}\:\mathrm{the}\:\mathrm{limit}\: \\ $$
Answered by qaz last updated on 01/Jul/23
$$\mathrm{sin}\:\left({ax}\right)={ax}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}{a}^{\mathrm{3}} {x}^{\mathrm{3}} +…\:\:\:\:\:,\mathrm{arctan}\:{x}={x}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}{x}^{\mathrm{3}} +… \\ $$$$\underset{{x}\rightarrow\mathrm{0}} {{lim}}\frac{\left({a}−\mathrm{2}\right){x}+\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}{a}^{\mathrm{3}} \right){x}^{\mathrm{3}} }{{x}^{\mathrm{3}} }=−\mathrm{1}\:\:\:,{a}=\mathrm{2} \\ $$
Answered by gatocomcirrose last updated on 02/Jul/23
$$\underset{{x}\rightarrow\mathrm{0}} {\mathrm{lim}}\frac{\mathrm{acos}\left(\mathrm{ax}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{1}}{\mathrm{3x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4x}^{\mathrm{3}} }=\frac{\mathrm{a}−\mathrm{2}}{\mathrm{0}}\rightarrow\pm\infty \\ $$$$\mathrm{a}=\mathrm{2}\Rightarrow\underset{{x}\rightarrow\mathrm{0}} {\mathrm{lim}}\frac{−\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{sen}\left(\mathrm{ax}\right)+\frac{\mathrm{2x}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{6x}+\mathrm{12x}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\underset{{x}\rightarrow\mathrm{0}} {\mathrm{lim}}\frac{−\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{ax}\right)+\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{8x}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{4}} }}{\mathrm{6}+\mathrm{24x}} \\ $$$$=\frac{−\mathrm{a}^{\mathrm{3}} +\mathrm{2}}{\mathrm{6}}=\frac{−\mathrm{8}+\mathrm{2}}{\mathrm{6}}=−\mathrm{1} \\ $$