Math235 – Fall 2022 Integration & Series 12/20/2022 Evaluate the following integrals: 1. 2๐ฅ 2 − ๐ฅ + 4 ๐ด๐ฅ + ๐ต ๐ถ ๐ฅ−1 1 = 2 + = 2 + 3 ๐ฅ + 4๐ฅ ๐ฅ +4 ๐ฅ ๐ฅ +4 ๐ฅ =∫ ๐ฅ−1 ๐ฅ 2 +4 ๐๐ฅ + ∫ ๐๐ฅ ๐ฅ ๐๐๐ก ๐ฅ = 2 ๐ก๐๐ ๐ ∴ ๐๐ฅ = 2๐ ๐๐ 2 ๐๐๐ ∫ 2๐ก๐๐๐ − 1 2๐ก๐๐๐ − 1 ๐ ๐๐๐ ๐ 2 2๐ ๐๐ ๐๐๐ + ๐๐๐ฅ = ∫ ๐๐ + ๐๐๐ฅ = ∫ ๐๐ − + ๐๐๐ฅ 4(๐ก๐๐2 ๐ + 1) 2 ๐๐๐ ๐ 2 ๐๐๐ก ๐ก = ๐๐๐ ๐ ∴ ๐๐ก = −๐ ๐๐๐๐๐ ๐ฅ ๐ฅ −1 ๐ฅ ๐ก๐๐−1 ๐ก๐๐−1 −๐๐ก ๐ก๐๐ 2 ๐ฅ 2 2 + ๐๐๐ฅ + ๐ถ =∫ − + ๐๐๐ฅ = −๐๐๐ก − + ๐๐๐ฅ + ๐ถ = −๐๐| |− 2 ๐ก 2 2 2 √๐ฅ + 4 2. 1 − ๐ฅ + 2๐ฅ 2 − ๐ฅ 3 ๐ด ๐ต๐ฅ + ๐ถ ๐ท๐ฅ + ๐ธ 1 ๐ฅ+1 ๐ฅ = + 2 + 2 = − 2 + 2 2 2 2 (๐ฅ (๐ฅ ๐ฅ(๐ฅ + 1) ๐ฅ ๐ฅ +1 + 1) ๐ฅ ๐ฅ +1 + 1)2 =∫ 1 ๐ฅ − ๐ฅ+1 ๐ฅ2 + 1 + ๐ฅ ( ๐ฅ 2 + 1) ๐๐ฅ = ln|๐ฅ| − ∫ 2 ๐ฅ 1 ๐ฅ ∫ ∫ ๐๐ฅ − ๐๐ฅ + ๐๐ฅ ( ๐ฅ 2 + 1) 2 ๐ฅ2 + 1 ๐ฅ2 + 1 ๐ ๐๐ก ๐ก = ๐ฅ 2 + 1 ; ๐๐ก = 2๐ฅ ๐๐ฅ ln|๐ฅ| − ∫ ๐ฅ 1 ๐ฅ 1 1 1 1 −1 | | ∫ ∫ ∫ ∫ ๐๐ก ๐๐ฅ − ๐๐ฅ + ๐๐ฅ = ln ๐ฅ − ๐๐ก − tan ๐ฅ + ( ๐ฅ 2 + 1) 2 ๐ฅ2 + 1 ๐ฅ2 + 1 2 ๐ก 2 ๐ก2 1 1 1 1 = ln|๐ฅ| − ln|๐ก | − tan−1 ๐ฅ − + ๐ถ = ln|๐ฅ| − ln(๐ฅ 2 + 1) − tan−1 ๐ฅ − +๐ถ 2 2๐ก 2 2(๐ฅ 2 + 1) 3. ๐๐๐ก (๐ฅ 5 + 5๐ฅ 3 + 5๐ฅ) = ๐ก ∴ 5(๐ฅ 4 + 3๐ฅ 2 + 1) ๐๐ฅ = ๐๐ก =∫ ๐๐ก 1 1 = ๐๐(๐ก ) + ๐ถ = ๐๐(๐ฅ 5 + 5๐ฅ 3 + 5๐ฅ) + ๐ถ 5๐ก 5 5 4. ๐๐๐ก ๐ ๐ฅ = ๐ก ∴ ๐ ๐ฅ ๐๐ฅ = ๐๐ก =∫ ๐ก๐๐ก −1 2 −1 2 =∫ ๐๐ก + ∫ ๐๐ก = ∫ ๐ (๐ก + 1) + ∫ ๐ (๐ก + 2) (๐ก + 1)(๐ก + 2) ๐ก+1 ๐ก+2 ๐ก+1 ๐ก+2 = − ๐๐(๐ก + 1) + 2 ๐๐(๐ก + 2) + ๐ถ = − ๐๐(๐ ๐ฅ + 1) + 2 ๐๐(๐ ๐ฅ + 2) + ๐ถ 5. ๐๐๐ก √๐ฅ = ๐ก ∴ 1 2 √๐ฅ √3 ∫ √3 3 ๐๐ฅ = ๐๐ก๐๐๐๐ก: √3 → √3 3 √3 2๐๐ก ๐ก ∗ 2๐ก๐๐ก = ∫ 2 √3 ๐ก + 1 ๐ก4 + ๐ก2 3 ๐๐๐ก ๐ก = ๐ก๐๐๐ข ∴ ๐๐ก = ๐ ๐๐ 2 ๐ข๐๐ข √3 ∫ √3 3 −1 −1 ๐ก๐๐ √3 ๐ก๐๐ √3 2๐๐ก 1 3 2 −1 −1 √ ∫ ∫ = 2 ∗ ๐ ๐๐ ๐ข๐๐ข = 2๐๐ข = 2 ๐ก๐๐ − 2 ๐ก๐๐ √3 √3 √3 ๐ก2 + 1 ๐ก๐๐2 ๐ข + 1 3 ๐ก๐๐−1 ๐ก๐๐−1 3 3 Determine whether the sequence converges or diverges. If it converges, find the limit. 6. (converges) 3 ๐ ๐๐ = 9 × ( ) 5 3 ๐๐๐ 9 × ( )๐ = 0 ๐→∞ 5 7. (diverges) 8. (converges) โต −1 ≤ ๐ ๐๐(2๐) ≤ 1๐๐๐1 + √๐ > 0 ∴ ๐๐๐ −1 ๐→∞ 1 + √๐ ≤ ๐๐๐ ๐ ๐๐(2๐) 1 + √๐ ๐→∞ ∴ 0 ≤ ๐๐๐ ๐ ๐๐(2๐) ๐→∞ ∴ ๐๐๐ ๐ ๐๐(2๐) ๐→∞ 9. 1 + √๐ ๐→∞ 1 1 + √๐ ≤0 =0 (converges) ๐๐ = ๐๐ 2๐2 + 1 1 = ๐๐ 2 − ( ) ๐2 + 1 ๐2 + 1 ๐๐๐ ๐๐ (2 − ๐→∞ 10. 1 + √๐ ≤ ๐๐๐ 1 ) = ๐๐(2) ๐2 + 1 (converges) โต 0 ≤ ๐๐๐ 2 ๐ ≤ 1๐๐๐2๐ > 0 ๐๐๐ 2 ๐ 1 ∴ 0 ≤ ๐๐๐ ≤ ๐๐๐ ๐ ๐ ๐→∞ 2 ๐→∞ 2 ๐๐๐ 2 ๐ ≤0 ๐→∞ 2๐ ∴ 0 ≤ ๐๐๐ ๐๐๐ 2 ๐ =0 ๐→∞ 2๐ ∴ ๐๐๐ Find the sum of the following series: 11. ๐ด๐๐๐๐๐๐๐๐ ๐ก๐ ๐๐๐๐๐๐ก๐๐๐ ๐ ๐๐๐๐๐ , ๐กโ๐ ๐๐๐๐ ๐ก ๐ก๐๐๐ ๐๐ 1; ๐กโ๐ ๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐ก๐๐ ๐๐ 1 4 ∞ 1 ๐ 1 4 ∑( ) = = 1 4 1−4 3 ๐=0 12. ∞ =∑ ๐=2 2 (๐ − 1)(๐ + 1) ๐ 1 1 1 1 1 ๐ ๐๐ก ๐๐ = ∑ ( − ) =1+ − − ๐−1 ๐+1 2 ๐ ๐+1 ๐=2 1 1 1 3 ๐๐๐ ๐๐ = ๐๐๐ {1 + − − }= ๐→∞ 2 ๐ ๐+1 2 ๐→∞ 13. ∞ =∑ ๐=1 1 1 − ๐ ๐+3 ๐ 1 1 1 1 1 1 1 ๐๐๐ก ๐๐ = ∑ ( − ) =1 + + − − − ๐ ๐+3 2 3 ๐+1 ๐+2 ๐+3 ๐=1 1 1 1 1 1 11 ๐๐๐ ๐๐ = ๐๐๐ {1 + + − − − }= ๐→∞ 2 3 ๐+1 ๐+2 ๐+3 6 ๐→∞ 14. Find the values of x for which the series converges. Find the sum of the series for those values of x. ๐ด๐๐๐๐๐๐๐๐ ๐ก๐ ๐กโ๐ ๐๐๐๐๐๐ก๐๐๐ ๐ ๐๐๐๐๐ , ๐๐๐๐ฃ๐๐๐๐๐ ๐๐ ๐๐๐ ๐๐๐๐ฆ ๐๐ | ∴ −1 < ๐ฅ < 5 ∞ ∑( ๐=0 ๐ฅ−2 ๐ ๐๐๐๐ ๐ก ๐ก๐๐๐ 1 3 ) = = = 3 1 − ๐๐๐๐๐๐ ๐๐๐ก๐๐ 1 − ๐ฅ − 2 5 − ๐ฅ 3 ๐ฅ−2 |<1 3