Pregunta
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\( 1 \leftarrow \quad \) Use integral tables to evaluate the integral. \( \quad \int 5 x \cos ^{-1} x d x \)

Ask by Long Logan. in the United States
Jan 24,2025

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The integral \( \int 5x \cos^{-1}(x) \, dx \) evaluates to: \[ \frac{5}{2} x^{2} \cos^{-1}x + \frac{5}{4} \sin^{-1}x - \frac{5}{4} x \sqrt{1 - x^{2}} + C \] where \( C \) is the constant of integration.

Solución

To evaluate the integral \( \int 5x \cos^{-1}(x) \, dx \), we can use integration by parts. **Step 1: Choose \( u \) and \( dv \)** Let: - \( u = \cos^{-1}(x) \) Then, \( du = -\frac{1}{\sqrt{1 - x^2}} \, dx \) - \( dv = 5x \, dx \) Then, \( v = \frac{5x^2}{2} \) **Step 2: Apply Integration by Parts Formula** The integration by parts formula is: \[ \int u \, dv = uv - \int v \, du \] Applying this: \[ \int 5x \cos^{-1}(x) \, dx = \frac{5x^2}{2} \cos^{-1}(x) - \int \frac{5x^2}{2} \left( -\frac{1}{\sqrt{1 - x^2}} \right) dx \] \[ = \frac{5x^2}{2} \cos^{-1}(x) + \frac{5}{2} \int \frac{x^2}{\sqrt{1 - x^2}} \, dx \] **Step 3: Simplify the Remaining Integral** To evaluate \( \int \frac{x^2}{\sqrt{1 - x^2}} \, dx \), use the substitution \( x^2 = 1 - (1 - x^2) \): \[ \int \frac{x^2}{\sqrt{1 - x^2}} \, dx = \int \frac{1 - (1 - x^2)}{\sqrt{1 - x^2}} \, dx \] \[ = \int \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}} \, dx - \int \sqrt{1 - x^2} \, dx \] \[ = \sin^{-1}(x) - \left( \frac{x \sqrt{1 - x^2}}{2} + \frac{\sin^{-1}(x)}{2} \right) + C \] \[ = \frac{\sin^{-1}(x)}{2} - \frac{x \sqrt{1 - x^2}}{2} + C \] **Step 4: Combine Everything** Substitute back into the expression: \[ \int 5x \cos^{-1}(x) \, dx = \frac{5x^2}{2} \cos^{-1}(x) + \frac{5}{2} \left( \frac{\sin^{-1}(x)}{2} - \frac{x \sqrt{1 - x^2}}{2} \right) + C \] \[ = \frac{5x^2}{2} \cos^{-1}(x) + \frac{5}{4} \sin^{-1}(x) - \frac{5x \sqrt{1 - x^2}}{4} + C \] **Final Answer:** \[ \int 5x \cos^{-1}(x) \, dx = \frac{5}{2} x^{2} \cos^{-1}x + \frac{5}{4} \sin^{-1}x - \frac{5}{4} x \sqrt{1 - x^{2}} + C \] **Where \( C \) is the constant of integration.** Answer: After expanding, an antiderivative is (5⁄2)x² arccos x plus (5⁄4) arcsin x minus (5⁄4)x√(1 – x²) plus C. Thus, ∫5x cos⁻¹x dx = (5/2)x² arccos x + (5/4) sin⁻¹x – (5/4)x√(1−x²) + C

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Bonus Knowledge

To evaluate the integral \( \int 5 x \cos^{-1}(x) \, dx \), we can apply integration by parts. Let's choose \( u = \cos^{-1}(x) \) and \( dv = 5x \, dx \). Then, differentiate and integrate accordingly: \( du = -\frac{1}{\sqrt{1-x^2}} \, dx \) and \( v = \frac{5}{2} x^2 \). Using the integration by parts formula \( \int u \, dv = uv - \int v \, du \), we have: \[ \int 5x \cos^{-1}(x) \, dx = \frac{5}{2} x^2 \cos^{-1}(x) - \int \frac{5}{2} x^2 \left(-\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}\right) \, dx. \] Now simplify this expression to find the value of the integral as needed. Don't forget to evaluate the second integral, which may require substitution or recognition of standard forms. The final solution will involve combining the terms accordingly. Enjoy diving into the world of integrals!

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