Pregunta
upstudy study bank question image url

12) \( \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \tan \left(\frac{x}{2}\right) d x \)

Ask by Mejia Stanley. in the United States
Jan 23,2025

Solución de tutoría real

Respuesta verificada por el tutor

Responder

The integral evaluates to \( \ln 2 \).

Solución

To evaluate the integral: \[ \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \tan\left(\frac{x}{2}\right) \, dx \] we can use a substitution method. **Step 1: Substitute** Let: \[ u = \frac{x}{2} \quad \Rightarrow \quad du = \frac{dx}{2} \quad \Rightarrow \quad dx = 2\,du \] The integral becomes: \[ \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \tan\left(u\right) \cdot 2\,du = 2 \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \tan(u) \, du \] **Step 2: Integrate** Recall that: \[ \int \tan(u) \, du = -\ln|\cos(u)| + C \] So, \[ 2 \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \tan(u) \, du = 2 \left[ -\ln|\cos(u)| \right]_{0}^{\frac{\pi}{4}} = -2 \left[ \ln\left(\cos\left(\frac{\pi}{4}\right)\right) - \ln(\cos(0)) \right] \] **Step 3: Evaluate the Limits** We know that: \[ \cos\left(\frac{\pi}{4}\right) = \frac{\sqrt{2}}{2} \quad \text{and} \quad \cos(0) = 1 \] Thus, \[ -2 \left[ \ln\left(\frac{\sqrt{2}}{2}\right) - \ln(1) \right] = -2 \ln\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right) = 2 \ln\left(\sqrt{2}\right) = \ln(2) \] **Final Answer:** \[ \boxed{\ln 2} \]

Revisado y aprobado por el equipo de tutoría de UpStudy

error msg
Explicar
Simplifique esta solución

Extra Insights

To solve the integral \( \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \tan \left(\frac{x}{2}\right) d x \), we can use the substitution \( u = \frac{x}{2} \), which implies \( d x = 2 du \). The limits of integration change as follows: when \( x = 0 \), \( u = 0 \); and when \( x = \frac{\pi}{2} \), \( u = \frac{\pi}{4} \). Rewriting the integral, we have: \[ \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \tan \left(\frac{x}{2}\right) d x = 2 \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \tan(u) du. \] Next, we need to evaluate \( \int \tan(u) du \). The integral of \(\tan(u)\) is given by: \[ \int \tan(u) du = -\ln|\cos(u)| + C. \] Thus, \[ \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \tan(u) du = \left[-\ln|\cos(u)|\right]_{0}^{\frac{\pi}{4}}. \] Evaluating this expression at the bounds, we find: \[ -\ln|\cos(\frac{\pi}{4})| - (-\ln|\cos(0)|) = -\ln\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right) - (-\ln(1)) = -\ln\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right) = \ln(\sqrt{2}). \] Therefore, \[ \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \tan(u) du = \ln(\sqrt{2}). \] Now, substituting back into our expression gives us: \[ 2 \int_{0}^{\frac{\pi}{4}} \tan(u) du = 2 \ln(\sqrt{2}) = \ln(2). \] In conclusion, the value of the original integral is: \[ \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \tan \left(\frac{x}{2}\right) d x = \ln(2). \]

preguntas relacionadas

¡Prueba Premium ahora!
¡Prueba Premium y hazle a Thoth AI preguntas de matemáticas ilimitadas ahora!
Quizas mas tarde Hazte Premium
Estudiar puede ser una verdadera lucha
¿Por qué no estudiarlo en UpStudy?
Seleccione su plan a continuación
Prima

Puedes disfrutar

Empieza ahora
  • Explicaciones paso a paso
  • Tutores expertos en vivo 24/7
  • Número ilimitado de preguntas
  • Sin interrupciones
  • Acceso completo a Respuesta y Solución
  • Acceso completo al chat de PDF, al chat de UpStudy y al chat de navegación
Básico

Totalmente gratis pero limitado

  • Solución limitada
Bienvenido a ¡Estudia ahora!
Inicie sesión para continuar con el recorrido de Thoth AI Chat
Continuar con correo electrónico
O continuar con
Al hacer clic en "Iniciar sesión", acepta nuestros términos y condiciones. Términos de Uso & Política de privacidad