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Evaluate the following integral using integration by parts. \[ \int x^{11} \ln x d x \]

Ask by Page Mitchell. in the United States
Mar 17,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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The integral of \(x^{11} \ln x\) is \(\frac{1}{12}x^{12}\ln(x) - \frac{x^{12}}{144} + C\).

Solución

Calculate the integral \( \int x^{11} \ln x d x \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using partial integration formula: \(\int x^{11}\ln{\left(x\right)} dx\) - step1: Prepare for integration by parts: \(\begin{align}&u=\ln{\left(x\right)}\\&dv=x^{11}dx\end{align}\) - step2: Calculate the derivative: \(\begin{align}&du=\frac{1}{x}dx\\&dv=x^{11}dx\end{align}\) - step3: Evaluate the integral: \(\begin{align}&du=\frac{1}{x}dx\\&v=\frac{x^{12}}{12}\end{align}\) - step4: Substitute the values into formula: \(\ln{\left(x\right)}\times \frac{x^{12}}{12}-\int \frac{1}{x}\times \frac{x^{12}}{12} dx\) - step5: Calculate: \(\frac{x^{12}\ln{\left(x\right)}}{12}-\int \frac{x^{11}}{12} dx\) - step6: Evaluate the integral: \(\frac{x^{12}\ln{\left(x\right)}}{12}-\frac{x^{12}}{144}\) - step7: Simplify the expression: \(\frac{1}{12}x^{12}\ln{\left(x\right)}-\frac{x^{12}}{144}\) - step8: Add the constant of integral C: \(\frac{1}{12}x^{12}\ln{\left(x\right)}-\frac{x^{12}}{144} + C, C \in \mathbb{R}\) The integral of \(x^{11} \ln x\) with respect to \(x\) is \(\frac{1}{12}x^{12}\ln(x) - \frac{x^{12}}{144} + C\), where \(C\) is an arbitrary constant.

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Bonus Knowledge

To evaluate the integral \( \int x^{11} \ln x \, dx \) using integration by parts, we set: - \( u = \ln x \) \(\Rightarrow du = \frac{1}{x} \, dx\) - \( dv = x^{11} \, dx \) \(\Rightarrow v = \frac{x^{12}}{12}\) Now, we apply the integration by parts formula: \[ \int u \, dv = uv - \int v \, du \] Substituting our chosen \(u\) and \(v\): \[ \int x^{11} \ln x \, dx = \ln x \cdot \frac{x^{12}}{12} - \int \frac{x^{12}}{12} \cdot \frac{1}{x} \, dx \] This simplifies to: \[ = \frac{x^{12} \ln x}{12} - \frac{1}{12} \int x^{11} \, dx \] Next, we evaluate the remaining integral: \[ \int x^{11} \, dx = \frac{x^{12}}{12} \] Thus, substituting back: \[ \int x^{11} \ln x \, dx = \frac{x^{12} \ln x}{12} - \frac{1}{12} \cdot \frac{x^{12}}{12} \] This gives: \[ = \frac{x^{12} \ln x}{12} - \frac{x^{12}}{144} \] Finally, we can combine the terms: \[ \int x^{11} \ln x \, dx = \frac{x^{12}}{12} \left( \ln x - \frac{1}{12} \right) + C \] where \(C\) is the constant of integration. Thus, the integral evaluates to: \[ \int x^{11} \ln x \, dx = \frac{x^{12}}{12} \ln x - \frac{x^{12}}{144} + C \]

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