Part 1: Integration, Arc Length, Average Value, Work

Set up the arc-length integral for y=x3/2y=x^{3/2} on 0x40 \le x \le 4

Formula for arc-length integral: L = \int_a^b \sqrt{1 + (\frac {dy}{dx})²}  dx

  • a=0a = 0

  • b=4b=4

  • dydx=y(x)\frac {dy}{dx} = y^\prime(x)

    • y(x)=32x12y^\prime(x) = \frac 32 x^{\frac 12} 

L = \int_0^4 \sqrt {1 + (\frac 32 x^{\frac 12})²}  dx

L = \int_0^4 \sqrt {1 + \frac 94 x}  dx


Set up the arc-length integral for y=e2xy=e^{2x} on 0x10\le x \le 1

a=0a = 0

b=1b=1

dydx=2e2x\frac {dy}{dx} = 2e^{2x}

L = \int_0^1 \sqrt {1 + (2e^{2x})²}  dx

L = \int_0^1 \sqrt {1 + 4e^{4x²}}  dx


Compute the arc length of the parametric curve

x(t)=t24lntx(t) = t² - 4 \ln t

y(t)=42ty(t) = 4\sqrt 2 t

t   \epsilon   [1,e]

L = \int_a^b \sqrt {(\frac {dx}{dt})² + (\frac {dy}{dt})²}  dt  

Step 1: Find the derivatives

x(t)=2t4tx^\prime(t) = 2t - \frac 4t

y(t)=42y^\prime(t) = 4\sqrt 2

Step 2: Square the derivatives

(dxdt)2=(2t4t)2=4t2+16t216(\frac {dx}{dt})² = (2t- \frac 4t)² = 4t² + \frac {16}{t²} - 16

(dydt)2=(42)2(\frac {dy}{dt})² = (4\sqrt 2)² =32= 32

L = \int_1^e \sqrt {(2t-\frac 4t)² + (4\sqrt 2)²}  dt

L = \int_1^e \sqrt {4t² - 16 + \frac {16}{t²} + 32}  dt

L = \int_1^e \sqrt {4t² +  \frac {16}{t²} + 16}  dt

L = \int_1^e \sqrt {4(t + \frac 2t)²}  dt

L = \int_1^e 2 \cdot (t+ \frac 2t)  dt = 2\int_1^e t + \frac 2t  dt

L=[2t22+4lnt]1e=[t2+4lnt]1eL = [2\frac {t²}2 + 4\ln|t|]_1^e =[t²+4\ln|t|]_1^e

L=(e2+4)(1)L = (e² + 4) - (1)

L=e2+3L = e²+3


Compute the arc length of

x(t)=3t2x(t) = 3t²

y(t)=2t3y(t) = 2t³

t  \epsilon  [0,1]

x(t)=6tx^\prime(t) = 6t

y(t)=6t2y^\prime(t) = 6t²

(dxdt)2=36t2(\frac {dx}{dt})² = 36t²

(dydt)2=36t4(\frac {dy}{dt})² = 36t^4

L = \int_0^1  \sqrt {36t² + 36t^4}  dt

L = \int_0^1  6t \sqrt{1 + t²}  dt

L  = 6\int_0^1  t\sqrt {1 + t²}  dt

  • u=1+t2u =1 + t²

  • du = 2t  dt

  • \frac 12 du = t  dt

L = 3 \int_0^1 \sqrt u  du

L=3[23u3]01L = 3[\frac 23 \sqrt {u³}]_0^1

L=3[23(1+t2)3]01L = 3[\frac 23 \sqrt {(1+t²)³}]_0^1

L=3(23823)L = 3(\frac 23 \sqrt {8} - \frac 23)

L=282L = 2 \sqrt 8 - 2

L=422L = 4\sqrt 2 - 2


Compute the arc length of:

x(t)=cos(2t)x(t) = \cos(2t)

y(t)=sin(2t)y(t) = \sin (2t)

t  \epsilon  [0,\frac \pi 4]

x(t)=2sin(2t)x^\prime (t) = -2\sin(2t)

y(t)=2cos(2t)y^\prime(t) = 2\cos(2t)

(dxdt)2=(2sin(2t))2(\frac {dx}{dt})² = (-2\sin (2t))² \Rightarrow 4sin2(2t)4\sin²(2t)

(dydt)2=(2cos(2t))24cos2(2t)(\frac {dy}{dt})² = (2\cos(2t))² \Rightarrow 4\cos²(2t)

L = \int_0^{\frac \pi 4} \sqrt {4\sin²(2t) + 4\cos²(2t)}  dt

L = 2\int_0^{\frac \pi 4} \sqrt {\sin²(2t) + \cos²(2t)}  dt

L= 2 \int_0^{\frac \pi 4} 1  dt

L=2[x]0π4L = 2[x]_0^{\frac \pi 4}

L=2(π40)L = 2(\frac \pi 4 - 0)

L=π2L = \frac \pi 2


Compute the arc length of

x(t)=4t2x(t) = 4t²

y(t)=8t3y(t) = 8t³

t  \epsilon  [0,1]

x(t)=8tx^\prime(t) = 8t

y(t)=24t2y^\prime (t) = 24t²

(dxdt)2=64t2(\frac {dx}{dt})² = 64t²

(dydt)2=576t4(\frac {dy}{dt})² = 576t^4

L = \int_0^1 \sqrt {64t² + 576t^4}  dt

  • 64t2+576t464t2(1+9t2)64t² + 576t^4 \Rightarrow 64t²(1 +9t²)

L = 8\int_0^1 t\sqrt {1 + 9t²}  dt

  • u=1+9t2u = 1 + 9t²

  • du = 18t  dt

  • \frac 1{18} du= t  dt

L = 8 \cdot \frac 1{18} \int_1^{10} \sqrt{u}  du

L=49[23u3]110L = \frac 49 [\frac 23 \sqrt {u³}]_1^{10}

L=49(2310323)L = \frac 49 (\frac 23 \sqrt {10³} - \frac 23)

Simplified:

L=827(10101)L = \frac 8{27}( 10\sqrt {10} - 1)


Set up the integral for computing the length of the curve

x(t)=costx(t) = \cos t

y(t)=sin(2t)y(t) = \sin (2t)

t  \epsilon  [0,\pi]

x(t)=sin(t)x^\prime (t) = -\sin (t)

y(t)=2cos(t)y^\prime (t) = 2\cos (t)

(dxdt)2=sin2(t)(\frac {dx}{dt})² = \sin² (t)

(dydt)2=4cos2(t)(\frac {dy}{dt})² = 4\cos² (t)

L = \int_0^\pi \sqrt {\sin²(t) + 4\cos²(t)}  dt

L = \int_0^\pi \sqrt {\sin²(t) + \cos²(t) + 3\cos²(t)}  dt

L = \int_0^\pi \sqrt {1 + 3\cos²(t)}  dt


Set up the arc-length integral for:

x(t)=t2x(t) = t²

y(t)=lnty(t) = \ln t

t  \epsilon  [1,2]

x(t)=2tx^\prime(t) = 2t

y(t)=1ty^\prime (t) = \frac 1t

(dxdt)2=4t2(\frac {dx}{dt})² = 4t²

(dydt)2=1t2(\frac {dy}{dt})² = \frac 1{t²}

L = \int_1²\sqrt {4t² + \frac 1{t²}}  dt


For the following problems, find the average value of the function on the given interval

Average value equation: \frac 1{b-a} \int_a^b f(x)  dx

a) f(x)=3x2x+2f(x) = 3x² - x + 2 on [0,2][0,2]

  • \frac 1{2-0} \int_0² (3x²-x+2)  dx 

  • 12[x3x22+2x]02\frac 12 [x³-\frac {x²}2+2x]_0²

  • 12(82+4)\frac 12 (8 - 2 + 4)

  • 55

b) f(x)=4cosxf(x) = 4\cos x on [0,π][0,\pi]

  • \frac 1{\pi - 0} \int_0^\pi 4\cos x  dx

  • 4π[sinx]0π\frac 4\pi [\sin x]_0^\pi

  • 4π(sin(π)sin(0))\frac 4\pi (\sin(\pi) - \sin(0))

  • 4π(00)=0\frac 4\pi (0 - 0) = 0

c) f(x)=5x+1f(x) = 5x + 1 on [1,3][-1,3]

  • 13(1)13\frac {1}{3 - (-1)} \int_{-1}³(5x+1)  dx

  • 14[52x2+x]13\frac 14 [\frac 52 x² + x]_{-1}³

  • 14((52(9)+3)(521))\frac 14 ((\frac 52 (9) + 3)-(\frac 52 - 1))

  • 14(24)\frac 14 (24)

  • 66

d) f(x)=exf(x) = e^x on [0,ln4][0,\ln 4]

  • \frac 1{\ln 4-0}\int_0^{\ln 4} e^x  dx

  • 1ln4[ex]0ln4\frac 1{\ln 4} [e^x]_0^{\ln 4}

  • 1ln4(41)\frac 1{\ln 4} (4 - 1)

  • 1ln43\frac {1}{\ln 4} 3

  • 3ln4\frac 3{\ln 4}

e) f(x)=x2+4f(x) = x² + 4 on [2,2][-2,2]

  • \frac 1{2 - (-2)} \int_{-2}² (x² + 4)  dx 

  • 14[13x3+4x]22\frac 14 [\frac 13 x³ + 4x]_{-2}²

  • 14((83+8)(838))\frac 14 ((\frac 83 + 8)-(\frac {-8}3 -8))

  • 14(323+323)\frac 14 (\frac {32}3 + \frac {32}{3})

  • 14643\frac 14 \frac {64}3

  • 6412=163\frac {64}{12} = \frac {16}3


For f(x)=6x2f(x) = 6 - x² on [0,3][0,3]

a) Find the average value

  • \frac {1}{3}\int_0³ (6-x²)  dx

  • 13[6x13x3]03\frac 13 [6x - \frac 13 x ³]_0³

  • 13(189)\frac 13 (18 - 9)

  • 139\frac 13 \cdot 9

  • 33

b) Find c such that f(x)f(x) equals the average value

  • f(x)=6c2=3f(x) = 6 - c² = 3

  • 6c2=36-c² = 3

  • c2=36-c² = 3 - 6

  • c2=3c² = 3

  • c=3c = \sqrt 3


Find the average value of the function on the given interval

a) f(x)=lnxf(x) = \ln x on [1,e][1,e]

  • \frac 1{e-1} \int_1^e \ln x  dx

  • 1e1[lnx]1e\frac 1{e-1} [\ln x]_1^e

  • 1e1(10)\frac 1{e-1} (1 - 0)

  • 1e11\frac 1{e-1}1

  • 1e1\frac 1{e-1}

b) f(x)=1x+2f(x) = \frac 1{x+2} on [0,2][0,2]

  • \frac 1{2} \int_0² (\frac 1{x+2})  dx

  • 12[lnx+2]02\frac 12 [\ln|x+2|]_0²

  • 12(ln4ln0)\frac 12 (\ln |4| - \ln |0|)

  • 12()</p></li></ul><p></p><p>c)\frac 12 ()</p></li></ul><p></p><p>c)f(x) = \sin²x on [0,\pi]</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>\frac 1{\pi} \int_0^\pi (\sin² x)  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 1\pi [\frac {2x-\sin(2x)}4]_0^\pi</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 1\pi (\frac {2\pi - \sin (2\pi)}{4}) = \frac 12</p></li></ul><divdatatype="horizontalRule"><hr></div><p>Tanktemperature</p></li></ul><div data-type="horizontalRule"><hr></div><p>Tank temperatureT(t) = 20 + 3t,    0\le t\le 4.Findaveragetemperature.</p><p></p><ul><li><p>. Find average temperature.</p><p></p><ul><li><p>\frac 1{4} \int_0^4 (20 + 3t)  dt</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 14 [20t + \frac 32 t²]_0^4</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 14 (80 + 24)</p></li><li><p></p></li><li><p>26</p></li></ul><divdatatype="horizontalRule"><hr></div><p>Averticalsteelcable(40mlong,2N/m)isliftedtothetop.Computetheworkrequired.</p><p></p><p></p></li></ul><div data-type="horizontalRule"><hr></div><p>A vertical steel cable (40 m long, 2 N/m) is lifted to the top. Compute the work required.</p><p></p><p>dW = (weight density)(length element)(distance lifted) = 2dx \cdot (40-x)</p><p></p><p>W = \int_0^{40} 2(40 - x)dx</p><p></p><p>W = \int_0^{40} (80 - 2x) dx</p><p></p><p>W = [80x - x²]_0^{40}</p><p></p><p>W = (3200 - 1600) = 1600   Joules</p><divdatatype="horizontalRule"><hr></div><p>TrigIntegrals:Forthefollowingproblems,evaluatetheintegral</p><p></p><p>a)</p><div data-type="horizontalRule"><hr></div><p>Trig Integrals: For the following problems, evaluate the integral</p><p></p><p>a)\int \cos³ x  dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>\int \cos²(x) \cdot \cos(x)  dx</p><ul><li><p></p><ul><li><p>\cos²x + \sin²x = 1</p></li><li><p></p></li><li><p>\cos²x = 1 - \sin²x</p></li></ul></li><li><p></p></li></ul></li><li><p>\int \cos x (1-\sin²x)  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\int \cos x - \cos x \sin²x x  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\int \cos x   dx - \int \sin²x \cos x  dx</p><ul><li><p></p><ul><li><p>u = \sin x</p></li><li><p></p></li><li><p>du = \cos x  dx</p></li></ul></li><li><p></p></li></ul></li><li><p>\sin x + C - \int u² du </p></li><li><p></p></li><li><p>\sin x - \frac 13 u³ + C</p></li><li><p></p></li><li><p>\sin x - \frac 13 (\sin x)³ + C  

b) \int \sin²(2x)  dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>\sin²(\theta) = \frac {1-\cos(2\theta)}{2}</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\int \sin²(2x)  dx \Rightarrow \int \frac {1-\cos(4x)}{2}  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\int \frac 12 + \frac {-\cos(4x)}2  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\int \frac 12  dx + \int \frac {-\cos(4x)}2  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 12x + \frac 12 \int -\cos(4x)  dx</p><ul><li><p></p><ul><li><p>u = 4x</p></li><li><p></p></li><li><p>du = 4dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 14 du = dx</p></li></ul></li><li><p></p></li></ul></li><li><p>\frac x2 + \frac 18 \int -\cos u  du</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac x2 + \frac 18(-\sin(4x)) + C</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac x2 + \frac {-\sin(4x)}8 + C

c) \int_0^{\frac \pi 4} \sin³x  dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>\int_{0}^{\frac \pi 4} \sin³ x  dx \Rightarrow \int_0^{\frac \pi 4} \sin²x \sin x  dx 

  • \Rightarrow \int_0^{\frac \pi 4} \sin x(1 - \cos² x) dx 

  • \Rightarrow \int_0^{\frac \pi 4} (\sin x - \sin x\cos²x)  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\Rightarrow \int_0^{\frac \pi 4} \sin x  dx + \int_0^{\frac \pi 4} -\sin x\cos²x  dx</p></li></ul><p></p><p>LHS:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>LHS:</p><ul><li><p>\int_{0}^{\frac \pi 4} \sin x  dx \Rightarrow [-\cos x]_0^{\frac \pi 4}</p></li><li><p></p></li><li><p>(-\cos (\frac \pi 4) + 1) = (-\frac {\sqrt 2}2 + 1)</p></li></ul><p></p><p>RHS:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>RHS:</p><ul><li><p>\int_0^{\frac \pi 4} -\sin x \cos²x  dx</p><ul><li><p></p><ul><li><p>u = \cos x</p></li><li><p></p></li><li><p>du = -\sin x  dx</p></li></ul></li><li><p></p></li></ul></li><li><p>\int_1^{\frac {\sqrt 2}2} u²  du</p></li><li><p></p></li><li><p>[\frac 13 u³]_1^{\frac {\sqrt 2}2}</p></li><li><p></p></li><li><p>(\frac 13 (\frac {\sqrt 2}2)³ - \frac 13)</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac {2\sqrt 2}{24} - \frac 13</p></li></ul><p></p><p>Total:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>Total:</p><ul><li><p>-\frac {\sqrt 2}{2} + 1 + \frac {2 \sqrt 2}{24} - \frac 13</p></li><li><p></p></li><li><p>-\frac {10 \sqrt 2}{24} + \frac 23</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 23 - \frac {5\sqrt 2}{12}

  • d) \int \sin² x \cos²x  dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>\int (\sin x \cos x)²  dx</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\sin(2x) = 2\sin x \cos x</p></li><li><p></p></li><li><p>\sin x \cos x = \frac 12 \sin(2x)</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\int (\frac {\sin(2x)}2)²  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 14 \int \sin²(2x)  dx</p><ul><li><p></p><ul><li><p>\sin² \theta = \frac 12 (1-\cos (2\theta))</p></li></ul></li><li><p></p></li></ul></li><li><p>\frac 14 \int \frac 12(1 - \cos 4x)  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 18 \int (1 - \cos 4x)  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 18 (\int 1  dx + \int -\cos 4x  dx) </p></li></ul><p></p><p>LHS:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>LHS:</p><ul><li><p>\int 1  dx = x + C</p></li></ul><p></p><p>RHS:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>RHS:</p><ul><li><p>\int -\cos 4x  dx \Rightarrow -\frac 14 \sin (4x) + C</p></li></ul><p></p><p>Total:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>Total:</p><ul><li><p>\frac 18(x - \frac 14 \sin (4x)  +C)</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac x8 - \frac {\sin (4x)}{32} + C

    e) \int \tan^5x \sec³x  dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>\int \tan^5 x \sec^3 x  dx \Rightarrow \int \tan^4x\sec²x \sec x \tan x  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\Rightarrow \int (\sec² x - 1)² \sec ²x \sec x \tan x  dx</p><ul><li><p></p><ul><li><p>u = \sec x</p></li><li><p></p></li><li><p>du = \sec x \tan x  dx</p></li></ul></li><li><p></p></li></ul></li><li><p>\Rightarrow \int (u² - 1)² u²  du</p></li><li><p></p></li><li><p>\Rightarrow \int (u^4 -2u² + 1)u²  du</p></li><li><p></p></li><li><p>\int (u^6 -2u^4 + u²)  du</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\Rightarrow \int u^6  du + \int -2u^4  du + \int u²  du</p></li></ul><p></p><p>1st:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>1st:</p><ul><li><p>\frac 17 u^7 + C</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac {\sec^7 x}7 + C</p></li></ul><p></p><p>2nd:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>2nd:</p><ul><li><p>-\frac 25 u^5 + C</p></li><li><p></p></li><li><p>-\frac {2\sec^5 x}{5} + C 

    3rd:

    • \frac 13 u³ + C</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac {\sec³ x}3 + C</p></li></ul><p></p><p>Sum:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>Sum:</p><ul><li><p>\frac {\sec^7 x}{7} - \frac {2\sec^5 x}{5} + \frac {\sec³ x}{3} +C

    f) \int \cos^7 (3x)  dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>u = 3x</p></li><li><p></p></li><li><p>du = 3  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 13 du = dx</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\frac 13 \int \cos^7(u)  du</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 13 \int \cos^6 u\cos u  du\Rightarrow \frac 13 \int (\cos² u)³ \cos u  du</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 13 \int (1 - \sin² u)³ \cos u  du</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>v = \sin u</p></li><li><p></p></li><li><p>dv = \cos u  du</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\frac 13 \int (1-v²)³ dv</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\frac 13 \int (1+v^4-2x²)(1-v²)  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 13 \int (1 + v^4 - 2v² - v² - v^6 + 2v^4)  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 13 \int (1 -v^6 + 3v^4 -3v²)  dv</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\frac 13 (\int 1  dv + \int -v^6  dv + \int 3v^4  dv + \int -3v²  dv)</p></li></ul><p></p><p>1st:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>1st:</p><ul><li><p>v + C</p></li><li><p></p></li><li><p>\sin u + C</p></li><li><p></p></li><li><p>\sin (3x) + C

    2nd: 

    • -\frac {v^7}{7} + C</p></li><li><p></p></li><li><p>-\frac {\sin^7u}{7} + C</p></li><li><p></p></li><li><p>-\frac {\sin^7(3x)}{7} + C</p></li></ul><p></p><p>3rd:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>3rd:</p><ul><li><p>\frac {3v^5}{5} + C</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac {3\sin(u)^5}{5} + C</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac {3\sin(3x)^5}{5} + C</p></li></ul><p></p><p>4th:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>4th:</p><ul><li><p>-v³ + C</p></li><li><p></p></li><li><p>-\sin³ u + C</p></li><li><p></p></li><li><p>-\sin³ (3x) + C</p></li></ul><p></p><p>Sum:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>Sum:</p><ul><li><p>\frac 13(\sin(3x) - \frac {\sin^7(3x)}{7} + \frac {3\sin^5(3x)}{5} - \sin³(3x) + C)</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac {\sin (3x)}{3} - \frac {\sin^7(3x)}{21} + \frac {\sin^5(3x)}{5} - \frac {\sin³(3x)}{3} + C

    g) \int \tan^6 x  dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>\tan^6x = (\tan² x)³ = (\sec²x - 1)³</p></li><li><p></p></li><li><p>(\sec²x - 1)³ = \sec^6 x - 3\sec^4x + 3\sec² x - 1</p></li></ul><p></p><p></p></li></ul><p></p><p>\int \sec^6 x  dx + \int -3\sec^4x  dx + \int 3\sec²x  dx + \int -1  dx</p><p></p><p>1st:</p><ul><li><p></p><p></p><p>1st:</p><ul><li><p>\int \sec^6x dx</p></li><li><p></p></li><li><p>\int (\sec^4 x)\sec²x  dx</p></li><li><p></p></li><li><p> \int (\tan²x+1)² \sec²x  dx</p><ul><li><p></p><ul><li><p>u=\tan x</p></li><li><p></p></li><li><p>du = \sec² x  dx</p></li></ul></li><li><p></p></li></ul></li><li><p>\int (u² + 1)²  du</p></li><li><p></p></li><li><p>\int (u^4 + 2u² + 1)  dx 

  • \frac {u^5}{5} + \frac {2u³}{3} +u</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac {\tan^5 x}{5} + \frac {2\tan³ x}{3} + \tan x</p></li></ul><p></p><p>h)</p></li></ul><p></p><p>h)\tan^4 x  dx</p><divdatatype="horizontalRule"><hr></div><p>TrigSubstitution:</p><p>Forthefollowingproblems,evaluatetheintegral.</p><p></p><p>a)</p><div data-type="horizontalRule"><hr></div><p>Trig Substitution:</p><p>For the following problems, evaluate the integral.</p><p></p><p>a)\int \sqrt{9-x²}  dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>x = 3\sin(\theta)</p></li><li><p></p></li><li><p>dx = 3\cos(\theta)  d\theta</p></li></ul><ul><li><p></p></li></ul><ul><li><p>\sqrt {9-x²} = 3\cos \theta</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\int 3\cos(\theta) \cdot 3\cos(\theta)  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>9\int \cos²(\theta)  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>9\int \frac {1+\cos(2\theta)}{2}  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 92\int 1 + \cos (2\theta)  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 92 (\theta + \frac 12 \sin (2\theta)) + C</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 92 \theta + \frac 94 \sin (2\theta) + C</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\theta = \arcsin \frac x3</p></li><li><p></p></li><li><p>\sin(2\theta) = \sin \theta \cos \theta + \cos \theta \sin \theta 

    • \sin(2\theta) = 2\sin\theta\cos\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>2\sin\theta\cos\theta = \frac 23 \frac {\sqrt {9-x²}}{3} 

    • \frac 92 \arcsin \frac x3 + \frac 94 \frac {2x}3 \frac {\sqrt {9-x²}}3 + C 

    • \frac 92 \arcsin \frac x3 + \frac {x\sqrt {9-x²}}2 + C 

    b) \int \frac {x²}{\sqrt {25-x²}}  dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>\sqrt {25 - x²} \Rightarrow</p></li><li><p></p></li><li><p>x = 5\sin(\theta)</p></li><li><p></p></li><li><p>dx = 5\cos(\theta)  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>\sqrt {25 - x²} = 5\cos(\theta)</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\int \frac {25\sin²(\theta)}{5\cos(\theta)} 5\cos(\theta)  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>\int 25 \sin²(\theta)  d\theta</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>25\int \sin²(\theta)  d\theta</p><ul><li><p></p><ul><li><p>\sin²(\theta) = \frac {1-\sin(2\theta)}{2}</p></li></ul></li><li><p></p></li></ul></li><li><p>25\int \frac {1-\cos(2\theta)}{2}  d\theta 

  • \frac {25}2 \int 1 - \cos(2\theta)  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac {25}2 (\theta - \frac 12\sin(2\theta)) + C</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac {25}2\theta - \frac {25}{4}\sin(2\theta) + C</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\theta = \arcsin (\frac x5)</p></li><li><p></p></li><li><p>\sin (2\theta) = 2\sin\theta\cos\theta = \frac {2x}5 \cdot\frac {\sqrt {25-x²}}{5} 

    • \frac {25}{2} \cdot \arcsin \frac {x}{5} - \frac {25}4 \cdot \frac {2x}5 \cdot \frac {\sqrt {25-x²}}5</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac {25}{2} \arcsin (\frac x5) - \frac {x}{2} \sqrt {25-x²}</p></li></ul><p></p><p>c)</p></li></ul><p></p><p>c)\int \sqrt {x² - 16}  dx 

      • x = 4\sec(\theta)</p></li><li><p></p></li><li><p>dx = 4\sec(\theta)\tan(\theta)  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>\sqrt {x² - 16} = 4\tan(\theta)</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\int 4\tan (\theta)  4\sec(\theta)\tan(\theta)  d\theta 

      • 16\int \tan²(\theta)\sec(\theta)  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>16\int (\sec²(\theta) -1)\sec (\theta)  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>16\int (\sec³(\theta) - \sec(\theta))  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>16\int \sec³(\theta)  d\theta + \int -\sec(\theta)  d\theta</p></li></ul><p></p><p>LHS:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>LHS:</p><ul><li><p>\int \sec³(\theta)  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>\int \sec(\theta)\cdot \sec²(\theta)  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>\sec \theta \tan \theta - \int \sec \theta \tan² \theta  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>= \frac 12 (\sec (\theta) \tan (\theta) + \ln |\sec (\theta) + \tan (\theta)|) + C 

      RHS:

      • \int -\sec(\theta)  d\theta</p></li><li><p></p></li><li><p>-\ln |\sec(\theta) + \tan (\theta) | + C</p></li></ul><p></p><p>Combine:</p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><p>Combine:</p><ul><li><p>16(\frac 12(\sec(\theta)\tan(\theta) + \ln | \sec(\theta) + \tan(\theta)|) - \ln |\sec(\theta + \tan(\theta)|

      • 8sec(θ)tan(θ)+8lnsec(θ)+tan(θ)16lnsec(θ)+tan(θ)+C8\sec(\theta)\tan(\theta) + 8\ln |\sec(\theta) + \tan(\theta)| - 16\ln |\sec(\theta) + \tan(\theta)| + C

      • 8sec(θ)tan(θ)8lnsec(θ)+tan(θ)+C8\sec(\theta)\tan(\theta) - 8\ln|\sec(\theta) + \tan(\theta)| + C

      • 8x4x21648lnx4+x2164+C8\frac x4 \frac {\sqrt {x² - 16}}{4}-8\ln |\frac x4 + \frac {\sqrt {x²-16}}{4}| +C

      • xx21628lnx+x2164+C\frac {x\sqrt{x²-16}}2 - 8\ln|\frac {x+\sqrt {x²-16}}{4}| + C

      d) \int \frac {1}{x\sqrt {x²-4}}  dx

      • x=2sec(θ)x = 2\sec(\theta)

      • dx=2tan(θ)sec(θ)dx = 2\tan(\theta)\sec(\theta)

      • x24=2tan(θ)\sqrt {x²-4} = 2\tan(\theta)

      • \int \frac 1{2\sec(\theta)2\tan(\theta)}2\tan(\theta)\sec(\theta)  d\theta

      •  \int \frac {1}{2}  d\theta

      • \frac 12 \int  d\theta

      • θ2\frac {\theta}{2}

      •  sec1(x2)2\frac {\sec^{-1}(\frac x2)}{2}

      e) \int \sqrt {x²+36}  dx

      • x=6tan(θ)x=6\tan(\theta)

      • dx=6sec2(θ)dx = 6\sec²(\theta)

      • x2+36=6sec(θ)\sqrt {x²+36} = 6\sec(\theta)

      • \int 6\sec(\theta) 6\sec²(\theta)  d\theta

      • 36\int \sec³(\theta)  d\theta

      • 36(12(sec(θ)tan(θ)+lnsec(θ)+tan(θ)36(\frac 12 (\sec(\theta)\tan(\theta) + \ln|\sec(\theta)+ \tan(\theta)|

      • 18(x2+366x6+lnx2+366+x6)18(\frac {\sqrt {x²+36}}6 \cdot \frac x6 + \ln |\frac {\sqrt {x²+36}}{6} + \frac x6|)

      • xx2+362+18lnx+x2+366\frac {x\sqrt {x²+36}}{2} + 18\ln |\frac {x+\sqrt {x²+36}}{6}|

      f) \int_0³ \frac {x}{\sqrt {9 - x²}}  dx

      • x=3sin(θ)x= 3\sin(\theta)

      • dx = 3\cos (\theta)  d\theta 

      • 9x2=3cos(θ)\sqrt {9-x²} = 3\cos(\theta)

      • \int_0³ \frac {3\sin(\theta)}{3\cos(\theta)} 3\cos(\theta)  d\theta

      • \int_0³ 3\sin(\theta)  d\theta

      • [3cos(θ)]03[-3\cos(\theta)]_0³

      • [9x2]03[-\sqrt {9-x²}]_0³

      • 0+9=30 + \sqrt 9 = 3 


      Partial Fractions:

      a) \int \frac {5x-12}{x(x-4)}  dx

      • 5x12x(x4)=Ax+B(x4)\frac {5x-12}{x(x-4)} = \frac A{x} + \frac B{(x-4)}

      • 5x12=A(x4)+Bx5x-12 = A(x-4) + Bx

      • 5x12=AxA4+Bx5x -12 = Ax - A4 + Bx

      • 5x12=x(A+B)A45x - 12 = x(A+ B) - A4 

      • A=3A=3

      • B=2B=2

      • \int \frac {3}{x} + \frac {2}{(x-4)}  d

      • 3\ln |x| + 2\ln|x-4| + C 

      b) \int \frac {6x-11}{(x-1)²}  dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>\frac {6x-11}{(x-1)²} = \frac A{x-1} + \frac B{(x-1)²}</p></li><li><p></p></li><li><p>6x-11 = A(x-1) + B</p></li><li><p></p></li><li><p>6x-11 = Ax - A + B</p></li><li><p></p></li><li><p>A = 6</p></li><li><p></p></li><li><p>B= -5</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\int \frac{6}{x-1} - \frac {5}{(x-1)²}  dx</p></li><li><p></p></li><li><p>6\ln |x-1| + \frac 5{x-1} + C  

    c) \int_1^{\frac 32} \frac {1}{x²-1}  dx</p><p></p><p>d)</p><p></p><p>d)\int \frac {2x²-25x-33}{(x+1)²(x-5)}  dx</p><p></p><p>e)</p><p></p><p>e)\int \frac {4x³-3x²+6x-27}{x^4+9x²}  dx</p><p></p><p>f)</p><p></p><p>f)\int \frac {10}{(x-1)(x²+9)}  dx</p><p></p><p>g)</p><p></p><p>g)\int \frac {2x}{(x-3)²}  dx</p><divdatatype="horizontalRule"><hr></div><p>Improperintegrals:Determinewhethertheimproperintegralconverges.Ifitconverges,<strong>evaluateit</strong>.</p><p></p><p>a)</p><div data-type="horizontalRule"><hr></div><p>Improper integrals: Determine whether the improper integral converges. If it converges,<strong> evaluate it</strong>.</p><p></p><p>a)\int_0^{-\infty} e^x  dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>[e^x]_0^{-\infty}</p></li><li><p></p></li><li><p>e^{-\infty} \Rightarrow 0</p></li><li><p></p></li><li><p>e^0 = 1</p></li><li><p></p></li><li><p>e^{-\infty} - e^0 = -1</p></li></ul><ul><li><p>Convergesto</p></li></ul><ul><li><p>Converges to-1</p></li></ul><p></p><p>b)</p></li></ul><p></p><p>b)\int_5^{\infty} \frac 1{\sqrt{x-1}} dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>u = x-1</p></li><li><p></p></li><li><p>du = 1 dx</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\int_4^{\infty} \frac 1{\sqrt u} du = \int_4^{\infty} u^{-\frac 12}</p></li><li><p></p></li><li><p>[2\sqrt u]_4^\infty</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>(\infty) - (2\sqrt 4)</p></li></ul><p></p><ul><li><p>Theintegraldiverges</p></li></ul><p></p><p>c)</p></li></ul><p></p><ul><li><p>The integral diverges</p></li></ul><p></p><p>c)\int_{-\infty}^{\infty} \frac 1{16+x²} dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>\int \frac {1}{a²+x²} = \frac 1a \tan^{-1} (\frac xa)</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\int_{-\infty}^{\infty} \frac 1{16+x²} dx \Rightarrow [\frac 14 \tan^{-1} (\frac x4)]_{-\infty}^\infty</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\frac 14 \tan^{-1}(\infty) - \frac 14 \tan^{-1}(-\infty)</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 14(\frac \pi 2 - (-\frac \pi 2))</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac 14 (\pi)</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac \pi 4</p></li></ul><p></p><p>d)</p></li></ul><p></p><p>d)\int_{1}^{\infty} \frac {1}{x^4 + x²} dx</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>\frac 1{x²(x² + 1)}</p></li><li><p></p></li><li><p>\frac {1}{x²(x²+1)} = \frac A{x²} + \frac B{x²+1}</p></li><li><p></p></li><li><p>1 = A(x²+1) + B(x²)</p></li><li><p></p></li><li><p>1 = Ax² + A + Bx²</p></li><li><p></p></li><li><p>1 = x²(A+B) + A</p></li><li><p></p></li><li><p>A = 1</p></li><li><p></p></li><li><p>B = -1</p></li></ul><p></p><ul><li><p></p></li></ul><p></p><ul><li><p>\int_1^{\infty} \frac {1}{x²} - \frac 1{x² + 1} dx</p></li><li><p></p></li><li><p>[-\frac 1x - \arctan(x)]_1^\infty</p></li><li><p></p></li><li><p>-\frac \pi 2 - (-1-\frac \pi 4)</p></li><li><p></p></li><li><p>-\frac \pi 2 + 1 + \frac \pi 4</p></li><li><p></p></li><li><p>1 - \frac {\pi}4</p></li></ul><p></p><p>e)</p></li></ul><p></p><p>e)\int_{\frac \pi 4}^{\frac \pi 2} \sec\theta d\theta</p><p></p><ul><li><p></p><p></p><ul><li><p>\ln |\sec \theta + \tan \theta|_{\frac \pi 4}^{\frac \pi 2}$$

  • Diverges