Trigonometric Substitution

Like dokumenter
Mathematics 114Q Integration Practice Problems SOLUTIONS. = 1 8 (x2 +5x) 8 + C. [u = x 2 +5x] = 1 11 (3 x)11 + C. [u =3 x] = 2 (7x + 9)3/2

Slope-Intercept Formula

Solutions #12 ( M. y 3 + cos(x) ) dx + ( sin(y) + z 2) dy + xdz = 3π 4. The surface M is parametrized by σ : [0, 1] [0, 2π] R 3 with.

Moving Objects. We need to move our objects in 3D space.

Right Triangle Trigonometry

UNIVERSITETET I OSLO

Dynamic Programming Longest Common Subsequence. Class 27

Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i emnet Mat131 - Differensiallikningar I Onsdag 25. mai 2016, kl.

Unit Relational Algebra 1 1. Relational Algebra 1. Unit 3.3

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Graphs similar to strongly regular graphs

FYSMEK1110 Eksamensverksted 23. Mai :15-18:00 Oppgave 1 (maks. 45 minutt)

SmartPass Mini User Manual BBNORGE.NO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Endelig ikke-røyker for Kvinner! (Norwegian Edition)

Elektronisk innlevering/electronic solution for submission:

KROPPEN LEDER STRØM. Sett en finger på hvert av kontaktpunktene på modellen. Da får du et lydsignal.

TUSEN TAKK! BUTIKKEN MIN! ...alt jeg ber om er.. Maren Finn dette og mer i. ... finn meg på nett! Grafiske lisenser.

Neural Network. Sensors Sorter

TUSEN TAKK! BUTIKKEN MIN! ...alt jeg ber om er.. Maren Finn dette og mer i. ... finn meg på nett! Grafiske lisenser.

PATIENCE TÅLMODIGHET. Is the ability to wait for something. Det trenger vi når vi må vente på noe

TUSEN TAKK! BUTIKKEN MIN! ...alt jeg ber om er.. Maren Finn dette og mer i. ... finn meg på nett! Grafiske lisenser.

Continuity. Subtopics

5 E Lesson: Solving Monohybrid Punnett Squares with Coding

Windlass Control Panel

Gol Statlige Mottak. Modul 7. Ekteskapsloven

Han Ola of Han Per: A Norwegian-American Comic Strip/En Norsk-amerikansk tegneserie (Skrifter. Serie B, LXIX)

TEKSTER PH.D.-KANDIDATER FREMDRIFTSRAPPORTERING

Right Triangle Trigonometry

ECON3120/4120 Mathematics 2, spring 2004 Problem solutions for the seminar on 5 May Old exam problems

SVM and Complementary Slackness

Information search for the research protocol in IIC/IID

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

FIRST LEGO League. Härnösand 2012

Enkel og effektiv brukertesting. Ida Aalen LOAD september 2017

Macbeth: Frozen Scenes

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Øving 5 - Fouriertransform - LF

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

MA2501 Numerical methods

TB-615 / TB-617 Wireless slim keyboard. EN User guide SE Användarhandledning FI Käyttöohje DK Brugervejledning NO Bruksanvisning

Den som gjør godt, er av Gud (Multilingual Edition)

Norsk (English below): Guide til anbefalt måte å printe gjennom plotter (Akropolis)

Årsplan ENGELSK 5.trinn. Setningsmønster It starts at It finishes at I want to be a when I grow up

Hvordan føre reiseregninger i Unit4 Business World Forfatter:

UNIVERSITETET I OSLO

TMA4240 Statistikk 2014

stjerneponcho for voksne star poncho for grown ups

Hvor mye teoretisk kunnskap har du tilegnet deg på dette emnet? (1 = ingen, 5 = mye)

6350 Månedstabell / Month table Klasse / Class 1 Tax deduction table (tax to be withheld) 2012

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

TMA4329 Intro til vitensk. beregn. V2017

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

TEKSTER PH.D.-VEILEDERE FREMDRIFTSRAPPORTERING DISTRIBUSJONS-E-POST TIL ALLE AKTUELLE VEILEDERE:

0:7 0:2 0:1 0:3 0:5 0:2 0:1 0:4 0:5 P = 0:56 0:28 0:16 0:38 0:39 0:23

Exercise 1: Phase Splitter DC Operation

Vekeplan 4. Trinn. Måndag Tysdag Onsdag Torsdag Fredag AB CD AB CD AB CD AB CD AB CD. Norsk Matte Symjing Ute Norsk Matte M&H Norsk

TMA4240 Statistikk Høst 2013

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

HOW TO GET TO TØI By subway (T-bane) By tram By bus By car Fra flyplassen

TEKSTER PH.D.-KANDIDATER FREMDRIFTSRAPPORTERING

Vedlegg 2 Dokumentasjon fra TVM leverandør

Løsningsførslag i Matematikk 4D, 4N, 4M

Newtons fargeskive. Regnbuens farger blir til hvitt. Sett skiva i rask rotasjon ved hjelp av sveiva.

Dagens tema: Eksempel Klisjéer (mønstre) Tommelfingerregler

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

2018 ANNUAL SPONSORSHIP OPPORTUNITIES

Bostøttesamling

STILLAS - STANDARD FORSLAG FRA SEF TIL NY STILLAS - STANDARD

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Stipend fra Jubileumsfondet skoleåret

Tips for bruk av BVAS og VDI i oppfølging av pasienter med vaskulitt. Wenche Koldingsnes

SRP s 4th Nordic Awards Methodology 2018

UNIVERSITETET I OSLO

Oppfølging av etiske krav: Eksempel Helse Sør-Øst

Smart High-Side Power Switch BTS730

Fullmakt. Fornavn Etternavn. Statsborgerskap Fødselsdato. DUF Sted/Dato. Signatur søker Signatur verge (hvis søkeren er under 18 år)

allinurl:readnews.php?id= allinurl:top10.php?cat= allinurl:historialeer.php?num= allinurl:reagir.php?num= allinurl:stray-questions-view.php?

PSY 1002 Statistikk og metode. Frode Svartdal April 2016

GEOV219. Hvilket semester er du på? Hva er ditt kjønn? Er du...? Er du...? - Annet postbachelor phd

SERVICE BULLETINE

Den som gjør godt, er av Gud (Multilingual Edition)

The regulation requires that everyone at NTNU shall have fire drills and fire prevention courses.

Gir vi de resterende 2 oppgavene til én prosess vil alle sitte å vente på de to potensielt tidskrevende prosessene.

HONSEL process monitoring

Physical origin of the Gouy phase shift by Simin Feng, Herbert G. Winful Opt. Lett. 26, (2001)

Databases 1. Extended Relational Algebra

PARABOLSPEIL. Still deg bak krysset

THE MONTH THE DISCIPLINE OF PRESSING

Prosjektet Digital kontaktinformasjon og fullmakter for virksomheter Digital contact information and mandates for entities

Simulert tilbakekalling av makrell - produkter kjøpt i Japan

GYRO MED SYKKELHJUL. Forsøk å tippe og vri på hjulet. Hva kjenner du? Hvorfor oppfører hjulet seg slik, og hva er egentlig en gyro?

Independent audit av kvalitetssystemet, teknisk seminar november 2014

Safety a t t h e f A c t o r y

Gradient. Masahiro Yamamoto. last update on February 29, 2012 (1) (2) (3) (4) (5)

EMPIC MEDICAL. Etterutdanningskurs flyleger 21. april Lars (Lasse) Holm Prosjektleder Telefon: E-post:

Transkript:

Trigonometric Substitution Alvin Lin Calculus II: August 06 - December 06 Trigonometric Substitution sin 4 (x) cos (x) dx When you have a product of sin and cos of different powers, you have three different possibilities: They are both even powers. They are both odd powers. One exponent is odd and the other is even. We can rewrite this problem as: sin 4 (x) cos (x) cos(x) dx We want even powers of sin 4 (x)( sin (x)) (x) cos(x) dx Now we can use substitution: cos(x) = Let : sin(x) = t dt dx cos(x) dx = dt t 4 ( t) dt

t 4 t 6 dt = t 4 dt t 6 dt t 5 5 t7 7 sin 5 (x) sin7 (x) 5 7 And in the wise words of Professor Khan: These terms are like Hillary and Trump supporters and we cannot combine them. Another case is where we have a difficult term inside a radical in the denominator. dx x 4 x Note that the term in the radical has a form similar to the trigonometric identities above. Let : x = sin() dx = cos() d cos() d ( sin()) 4 4 sin () By substituting for sin(), we can turn the radical into the form of a trigonometric identity. cos() 4 sin () 4 sin () d In this case, we are using the identity sin () + cos () = which we can rewrite as cos () = sin (). cos 4 sin () cos () d cos 4 sin ()cos() d 4 sin () d csc () d 4 4 cot()

To substitute back, we must imagine a triangle with angle. Given our first subsitution x = sin(), we can rewrite it as sin() = x = opp. If our triangle has opposite hyp side x and hypotenuse, then the adjacent side must be 4 x. x 4 x Therefore: cot() = adj = 4 x opp x 4 cot() = 4 x 4 x = 4 x 4x Practice Problem 4 x x dx Let : x = sin() dx = cos() d ( sin()) cos() d ( sin()) 7 sin () cos() sin () d 7 sin () cos() sin () d sin () cos() cos () sin () cos() cos() d d

sin () d Using the double angle formulas: cos() d Using the double angle formulas again: = cos() d sin() sin() cos() sin() cos() Recall that we substituted x = sin(), which we can rewrite as sin() = x = opp hyp. If we imagine a triangle in which the opposite side is x and the hypotenuse is, then the adjacent side must be x. x x Therefore: cos() = adj hyp = x and = sin ( x ) sin() cos() = sin ( x ) x = sin ( x ) x x x 4

Practice Problem 6 0 x 6 x dx Let : x = 6 sin() dx = 6 cos() d For now, we will solve the problem as an indefinite integral. 6 sin() 6 cos() d 6 (6 sin()) 6 sin() cos() 6 6 sin () d 6 sin() cos() 6 sin () d sin() cos() 6 cos () sin() cos() 6 cos() 6 sin() d 6 cos() Recall that we substituted x = 6 sin(), which we can rewrite as sin() = x 6 = opp hyp. If we imagine a triangle in which the opposite side is x and the hypotenuse is 6, then the adjacent side must be 6 x. d d 6 x 6 x 5

Therefore: cos() = adj = 6 x hyp 6 6 cos() = 6 6 x 6 = 6 x Now we can use the original limits of the intergral to solve this. 6 x 0 Practice Problem 6 ( 6 0 ) 7 + 6 = 6 dt t t 6 Note that the radical is of the form t 6. We cannot subsitute sin() into this since it will not satisfy the trigonometric identity. Let : x = 4 sec() dx = 4 sec() tan() d 4 sec tan() 6 sec () (4 sec()) 6 d() tan() 4 sec() 6 sec () d() tan() 6 sec() tan () d() tan() 6 sec() tan() d() cos() d 6 6

6 sin() Recall that we substituted x = 4 sec(), which we can rewrite as sec() = x 4 = hyp adj. If we imagine a triangle in which the hypotenuse is x and the adjacent side is 4, then the opposite side must be 6 x. x 6 x 4 Therefore: sin() = opp = 6 x hyp 4 6 sin() = 6 x 6 4 6 x 64 Practice Problem 5 x a x dx Let : x = a sin() d dx = a cos() d a sin () a a sin ()a cos() d a 4 a 4 sin () cos() sin () d sin () cos() cos () d a 4 a 4 sin () cos () d (sin() cos()) d 7

Using the double angle formulas: a 4 ( sin() ) d a 4 sin () d 4 Using the double angle formulas again: a 4 cos(4) d 4 a 4 cos(4) d a 4 4 sin(4) a 4 4 sin() cos() a 4 ( sin() cos())( sin ()) a 4 sin() cos() sin () sin() cos() a 4 sin() cos() sin () cos() Recall that we substituted x = a sin(), which we can rewrite as sin() = x a = opp hyp. If we imagine a triangle in which the opposite side is x and the hypotenuse is a, then the adjacent side must be a x. a x a x

Given this information: = sin ( x a ) sin() = x a a x cos() = a We can substitute this back into our solution: a 4 sin() cos() sin () cos() a 4 sin ( x a ) x a x x a x a a 4 Practice Problem x 5x dx The terms inside the radical are not of the same form as the problems before. We can rewrite this problem to figure out the substitution. x (5x) dx Let : 5x = sin(t) 5 dx = cos(t) dt dx = cos(t) dt 5 ( 5 sin(t)) cos(t) dt sin (t) 5 7 5 cos(t) sin (t) dt cos(t) sin (t) dt 5 ( cos(t)) dt 5

50 50 t 50 t sin(t) sin(t) cos(t) t sin(t) cos(t) Recall that we substituted 5x = sin(t), which we can rewrite as sin(t) = 5x = opp. hyp If we imagine a triangle in which the opposite side is 5x and the hypotenuse is, then the adjacent side is 5x. 5x t 5x Therefore: cos(t) = adj = 5x and t = sin ( 5x) hyp t sin(t) cos(t) 50 50 50 Practice Problem 7 sin ( 5x ) 5x 5x sin ( 5x ) 5x 5x x + x dx This problem requires a different approach. We need to turn this into the form of a trigonometric substitution problem. x x + x dx = + x + ( ) dx x + x + dx 0

(x + ) dx Let : x + = sec() dx = sec() tan() d sec () sec() tan() d Now we use integration by parts: tan () sec() tan() d tan () sec() d Let : f(x) = tan() g (x) = tan() sec() d f (x) = sec () d g(x) = sec() tan () sec() d = tan() sec() sec () sec() d tan () sec() d = tan() sec() (tan () + ) sec() d tan () sec() d = tan() sec() tan () sec() d() + sec() d tan () sec() d = tan() sec() sec() d tan () sec() d = tan() sec() ln sec(x) + tan(x) tan () sec() d = tan() sec() ln sec(x) + tan(x) Recall that we substituted x+ = sec(), which we can rewrite as sec() = x+ If we imagine a triangle in which the hypotenuse is x + and the adjacent side is, then the opposite side must be x. = hyp. adj x + x

Therefore: tan() = opp = x adj tan() sec() ln sec(x) + tan(x) = x(x + ) = ln x + x + x(x + ) ln (x + ) + x Practice Problem 45 x + x dx For this problem, we can solve it with regular substitution: x x + x dx Let : + x = t x dx = dt (t )t dt t t dt 5 t = 5 t But we can also use trigonometric substitution: x + x dx Let : x = tan() dx = sec () d tan () + tan () sec () d tan () sec () sec () d

tan () sec () d tan() tan () sec () d tan()(sec ) sec () d tan() sec 5 () d tan() sec () d tan() sec() sec 4 () d tan() sec() sec () d Let : u = sec() du = sec() tan() d u 4 du u du u 5 5 u sec 5 () sec () 5 Recall that we substituted x = tan(), which we can rewrite as tan() = x = opp. If adj we imagine a triangle in which the opposite side is x and the adjacent side is, then the hypotenuse must be + x. + x x Therefore: sec() = hyp adj = +x. sec 5 () 5 sec () = 5 ( + x ) 5 ( + x ) = ( + x ) 5 5 ( + x )

Follow-up Questions 4 6 x x x dx x (x + x ) dx x (x + x + 4 4) dx x (x + x + ) + 4 dx x 4 (x + ) dx Let : x + = cos() dx = sin() d ( cos() ) 4 ( cos()) ( sin()) d ( cos() ) 4 cos ()( sin()) d 4 ( cos() ) sin ()( sin()) d 4 (4 cos () 4 cos() + )( sin ()) d 4 4 cos () sin () 4 cos() sin () + sin () d cos () sin () d 6 ( cos () sin ()) d 6 4 sin () d 6 cos() sin () d 4 cos() sin () d cos() sin () d sin () d 6 cos () cos(4) d 6 cos () 4 sin () d sin () d cos() d ( sin()) ( sin())

sin(4) 6 cos () ( sin()) sin(4) 6 cos () + sin() sin() sin(4) 6 cos () sin() cos() sin() cos() 6 cos () sin() cos() ( sin() cos())( cos () ) 6 cos () sin() cos() ( sin() cos())( cos () ) 6 cos () Recall that we substituted x + = cos(), which we can rewrite as cos() = x+ adj hyp =. If we imagine a triangle in which the adjacent side is x + and the hypotenuse is, then the opposide side must be 4 (x + ), or x x. x x x + Therefore: sin() = x x sin() cos() ( sin() cos())( cos () ) 6 cos () x x x + x x x + ( )(( x + x+ ) 6( ) ) (x + ) x x (x + ) x x (x + ) ( ) 6 (x + ) = (x + ) x x (x + ) You can find all my notes at http://omgimanerd.tech/notes. If you have any questions, comments, or concerns, please contact me at alvin@omgimanerd.tech 5