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Let \( R \) be the region bounded by the graph of \( y=e^{-a x} \) and \( y=e^{-b x} \) for \( x \geq 0 \), where \( a>b>0 \). Find the area of \( R \). Write the integral. \( \int_{0}(\square) d x \) The area is

Ask by Bradley Mejia. in the United States
Mar 10,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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The area of region \( R \) is \( \frac{1}{b} - \frac{1}{a} \).

Solución

The region \( R \) is bounded by the curves \( y = e^{-ax} \) and \( y = e^{-bx} \) for \( x \geq 0 \), where \( a > b > 0 \). Since \( a > b \), for \( x > 0 \) we have \[ e^{-ax} < e^{-bx}. \] Thus, the upper curve is \( y = e^{-bx} \) and the lower curve is \( y = e^{-ax} \). The area of the region \( R \) is given by the integral \[ \int_{0}^{\infty} \left( e^{-bx} - e^{-ax} \right) dx. \] Evaluating the integral, we first integrate term by term: 1. The integral of \( e^{-bx} \) is \[ \int e^{-bx}\, dx = -\frac{1}{b} e^{-bx}. \] 2. The integral of \( e^{-ax} \) is \[ \int e^{-ax}\, dx = -\frac{1}{a} e^{-ax}. \] Thus, the definite integral from \( 0 \) to \( \infty \) is \[ \int_{0}^{\infty} \left( e^{-bx} - e^{-ax} \right) dx = \left[-\frac{1}{b} e^{-bx} + \frac{1}{a} e^{-ax}\right]_{0}^{\infty}. \] Evaluating at the upper limit \( x \to \infty \): \[ \lim_{x \to \infty} \left(-\frac{1}{b} e^{-bx} + \frac{1}{a} e^{-ax}\right) = 0, \] since both \( e^{-bx} \) and \( e^{-ax} \) tend to 0 as \( x \to \infty \). At \( x = 0 \): \[ -\frac{1}{b} e^{-b \cdot 0} + \frac{1}{a} e^{-a \cdot 0} = -\frac{1}{b} + \frac{1}{a}. \] Subtracting the lower limit from the upper limit: \[ \text{Area} = 0 - \left(-\frac{1}{b} + \frac{1}{a}\right) = \frac{1}{b} - \frac{1}{a}. \] Thus, the integral is \[ \int_{0}^{\infty} \left(e^{-bx}-e^{-ax}\right) dx, \] and the area of \( R \) is \[ \frac{1}{b}-\frac{1}{a}. \]

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To find the area of the region \( R \) bounded by the graphs of \( y = e^{-ax} \) and \( y = e^{-bx} \) for \( x \geq 0 \), we first determine the points of intersection. Since \( a > b > 0 \), the function \( y = e^{-ax} \) will decay faster than \( y = e^{-bx} \). Setting \( e^{-ax} = e^{-bx} \), we have: \[ -e^{-(ax)} = -e^{-(bx)} \implies ax = bx \implies (a - b)x = 0. \] Thus, the functions intersect at \( x = 0 \). As \( x \) approaches infinity, both functions approach \( 0 \), and \( y = e^{-bx} \) remains above \( y = e^{-ax} \). The area \( A \) between the curves from \( x = 0 \) to \( x = \infty \) is calculated as: \[ A = \int_{0}^{\infty} (e^{-bx} - e^{-ax}) \, dx. \] The integral can be expressed as: \[ \int_{0}^{\infty} (e^{-bx} - e^{-ax}) \, dx. \] Now we can evaluate the area as: \[ A = \int_{0}^{\infty} e^{-bx} \, dx - \int_{0}^{\infty} e^{-ax} \, dx. \] Calculating these integrals: \[ \int_{0}^{\infty} e^{-kx} \, dx = \frac{1}{k} \quad \text{for } k > 0, \] we find: \[ A = \left( \frac{1}{b} - \frac{1}{a} \right) = \frac{a-b}{ab}. \] Thus, the area is: \[ \frac{a-b}{ab}. \]

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