GreuIntegrale definiteClasa 12

Problemă rezolvată de Integrale definite

GreuIntegrale definite
Fie In=01xnarctanxdxI_n = \int_0^1 x^n \arctan x dx, n0n \geq 0. a) Demonstrați că In=π4(n+1)1n+101xn+11+x2dxI_n = \frac{\pi}{4(n+1)} - \frac{1}{n+1} \int_0^1 \frac{x^{n+1}}{1+x^2} dx. b) Deduceți că limnnIn=π4\lim_{n \to \infty} n I_n = \frac{\pi}{4}. c) Calculați I0I_0 și I1I_1.

Rezolvare completă

10 puncte · 5 pași
12 puncte
Integrare prin părți: u=arctanxu = \arctan x, dv=xndxdv = x^n dx, du=11+x2dxdu = \frac{1}{1+x^2} dx, v=xn+1n+1v = \frac{x^{n+1}}{n+1}. Atunci In=xn+1n+1arctanx011n+101xn+11+x2dx=π4(n+1)1n+101xn+11+x2dxI_n = \frac{x^{n+1}}{n+1} \arctan x \big|_0^1 - \frac{1}{n+1} \int_0^1 \frac{x^{n+1}}{1+x^2} dx = \frac{\pi}{4(n+1)} - \frac{1}{n+1} \int_0^1 \frac{x^{n+1}}{1+x^2} dx
22 puncte
Pentru limită, se observă că 001xn+11+x2dx01xn+1dx=1n+20 \leq \int_0^1 \frac{x^{n+1}}{1+x^2} dx \leq \int_0^1 x^{n+1} dx = \frac{1}{n+2}. Deci π4(n+1)1(n+1)(n+2)Inπ4(n+1)\frac{\pi}{4(n+1)} - \frac{1}{(n+1)(n+2)} \leq I_n \leq \frac{\pi}{4(n+1)}
32 puncte
Înmulțind cu nn: nπ4(n+1)n(n+1)(n+2)nInnπ4(n+1)\frac{n\pi}{4(n+1)} - \frac{n}{(n+1)(n+2)} \leq n I_n \leq \frac{n\pi}{4(n+1)}. Trecând la limită, limnIn=π4\lim n I_n = \frac{\pi}{4}
42 puncte
I0=01arctanxdx=xarctanx0101x1+x2dx=π412ln(1+x2)01=π412ln2I_0 = \int_0^1 \arctan x dx = x \arctan x \big|_0^1 - \int_0^1 \frac{x}{1+x^2} dx = \frac{\pi}{4} - \frac{1}{2} \ln(1+x^2) \big|_0^1 = \frac{\pi}{4} - \frac{1}{2} \ln 2
52 puncte
I1=01xarctanxdx=x22arctanx011201x21+x2dx=π81201(111+x2)dx=π812(1π4)=π412I_1 = \int_0^1 x \arctan x dx = \frac{x^2}{2} \arctan x \big|_0^1 - \frac{1}{2} \int_0^1 \frac{x^2}{1+x^2} dx = \frac{\pi}{8} - \frac{1}{2} \int_0^1 \left(1 - \frac{1}{1+x^2}\right) dx = \frac{\pi}{8} - \frac{1}{2} \left(1 - \frac{\pi}{4}\right) = \frac{\pi}{4} - \frac{1}{2}

Ai rezolvat această problemă?

Trimite soluția ta și primește feedback AI detaliat — vezi exact unde ai greșit și cum să îmbunătățești.

Vreau evaluare AI — e gratuit

50 credite gratuite la înregistrare. Fără card, fără obligații.

62 zile până la BAC

Pregătește-te la Integrale definite cu AI

Rezolvă probleme pe hârtie, fotografiază și primește feedback instant de la AI — ca de la un profesor.

Vreau evaluare AI pe soluția mea

50 credite gratuite la înregistrare. Fără card, fără obligații.