Pregunta

7. Evaluate the indefinite integral. (Use \( C \) for the constant of integration.) \[ \int \sin (t) \sqrt{1+\cos (t)} d t \]

Ask by Hodges Potter. in Bahrain
Feb 20,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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The integral of \( \sin(t) \sqrt{1+\cos(t)} \) with respect to \( t \) is \( -\frac{2}{3}\sqrt{(1+\cos(t))^3} + C \).

Solución

Calculate the integral \( \int \sin(t) \sqrt{1+\cos(t)} dt \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using substitution: \(\int \sin\left(t\right)\times \sqrt{1+\cos\left(t\right)} dt\) - step1: Rewrite the expression: \(\int \sin\left(t\right)\left(1+\cos\left(t\right)\right)^{\frac{1}{2}} dt\) - step2: Use the substitution \(dt=-\frac{1}{\sin\left(t\right)} dv\) to transform the integral\(:\) \(\int \sin\left(t\right)\left(1+\cos\left(t\right)\right)^{\frac{1}{2}}\left(-\frac{1}{\sin\left(t\right)}\right) dv\) - step3: Simplify: \(\int -\left(1+\cos\left(t\right)\right)^{\frac{1}{2}} dv\) - step4: Use the substitution \(v=\cos\left(t\right)\) to transform the integral\(:\) \(\int -\left(1+v\right)^{\frac{1}{2}} dv\) - step5: Use properties of integrals: \(-\int \left(1+v\right)^{\frac{1}{2}} dv\) - step6: Use the substitution \(dv=1 dt\) to transform the integral\(:\) \(-\int \left(1+v\right)^{\frac{1}{2}}\times 1 dt\) - step7: Simplify: \(-\int \left(1+v\right)^{\frac{1}{2}} dt\) - step8: Use the substitution \(t=1+v\) to transform the integral\(:\) \(-\int t^{\frac{1}{2}} dt\) - step9: Evaluate the integral: \(-\frac{t^{\frac{1}{2}+1}}{\frac{1}{2}+1}\) - step10: Simplify: \(-\frac{t^{\frac{3}{2}}}{\frac{3}{2}}\) - step11: Substitute back: \(-\frac{\left(1+v\right)^{\frac{3}{2}}}{\frac{3}{2}}\) - step12: Substitute back: \(-\frac{\left(1+\cos\left(t\right)\right)^{\frac{3}{2}}}{\frac{3}{2}}\) - step13: Rewrite the expression: \(2\left(1+\cos\left(t\right)\right)^{\frac{3}{2}}\left(-\frac{1}{3}\right)\) - step14: Rewrite the expression: \(-\frac{2}{3}\left(1+\cos\left(t\right)\right)^{\frac{3}{2}}\) - step15: Simplify: \(-\frac{2}{3}\sqrt{\left(1+\cos\left(t\right)\right)^{3}}\) - step16: Add the constant of integral C: \(-\frac{2}{3}\sqrt{\left(1+\cos\left(t\right)\right)^{3}} + C, C \in \mathbb{R}\) The indefinite integral of \( \sin(t) \sqrt{1+\cos(t)} \) with respect to \( t \) is \( -\frac{2}{3}\sqrt{(1+\cos(t))^3} + C \), where \( C \) is the constant of integration.

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Extra Insights

To evaluate the integral \[ \int \sin(t) \sqrt{1+\cos(t)} \, dt, \] we can use a substitution. Let \( u = 1 + \cos(t) \). Then, the derivative \( du = -\sin(t) \, dt \), or \( dt = -\frac{du}{\sin(t)} \). Now, we can rearrange our integral: \[ \sin(t) \, dt = -du \quad \text{implying} \quad dt = -\frac{du}{\sin(t)}. \] However, this approach can become a bit complicated, so let’s instead look for a simpler representation. Notice that: \[ \sqrt{1+\cos(t)} = \sqrt{2} \cos\left(\frac{t}{2}\right) \quad \text{because} \quad 1+\cos(t) = 2\cos^2\left(\frac{t}{2}\right). \] Thus we can rewrite our integral as: \[ \int \sin(t) \sqrt{2} \cos\left(\frac{t}{2}\right) \, dt = \sqrt{2} \int \sin(t) \cos\left(\frac{t}{2}\right) \, dt. \] To integrate \( \sin(t) \cos\left(\frac{t}{2}\right) \), we can use the product-to-sum identities: \[ \sin(t) \cos\left(\frac{t}{2}\right) = \frac{1}{2} \left( \sin\left(t+\frac{t}{2}\right) + \sin\left(t-\frac{t}{2}\right)\right). \] Simplifying gives: \[ \sin(t) \cos\left(\frac{t}{2}\right) = \frac{1}{2} \left( \sin\left(\frac{3t}{2}\right) + \sin\left(\frac{t}{2}\right)\right). \] Now, we can integrate: \[ \int \sin(t) \cos\left(\frac{t}{2}\right) \, dt = \frac{1}{2} \left(-\frac{2}{3} \cos\left(\frac{3t}{2}\right) - 2 \cos\left(\frac{t}{2}\right)\right) + C. \] Putting back our constant factor of \(\sqrt{2}\): \[ \int \sin(t) \sqrt{1+\cos(t)} \, dt = -\frac{\sqrt{2}}{3} \cos\left(\frac{3t}{2}\right) - \sqrt{2} \cos\left(\frac{t}{2}\right) + C. \] Thus, the final answer is: \[ -\frac{\sqrt{2}}{3} \cos\left(\frac{3t}{2}\right) - \sqrt{2} \cos\left(\frac{t}{2}\right) + C. \]

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