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\( \int _ { 1 } ^ { 4 } \int _ { 0 } ^ { 1 u } \cos ( u y ) d y d u \)

Ask by Cross Mitchell. in Mongolia
Mar 10,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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The value of the integral is \( \sin(1) \ln(4) \).

Solución

We begin with the integral \[ \int_{1}^{4} \int_{0}^{\frac{1}{u}} \cos(u y) \, dy \, du. \] ### Step 1. Evaluate the inner integral Consider the inner integral \[ I(u) = \int_{0}^{\frac{1}{u}} \cos(u y) \, dy. \] Make the substitution \[ v = u y, \quad \text{so that} \quad dv = u \, dy \quad \Rightarrow \quad dy = \frac{dv}{u}. \] When \( y = 0 \), then \( v = 0 \); and when \( y = \frac{1}{u} \), then \( v = 1 \). The integral becomes \[ I(u) = \int_{0}^{1} \cos(v) \cdot \frac{dv}{u} = \frac{1}{u} \int_{0}^{1} \cos(v) \, dv. \] Now, compute the integral \[ \int_{0}^{1} \cos(v) \, dv = \sin(v) \Big|_{0}^{1} = \sin(1) - \sin(0) = \sin(1). \] Thus, \[ I(u) = \frac{\sin(1)}{u}. \] ### Step 2. Evaluate the outer integral Substitute \( I(u) \) in the outer integral: \[ \int_{1}^{4} \frac{\sin(1)}{u} \, du = \sin(1) \int_{1}^{4} \frac{1}{u} \, du. \] We know that \[ \int \frac{1}{u} \, du = \ln |u| + C. \] So, \[ \int_{1}^{4} \frac{1}{u} \, du = \ln|u|\Big|_{1}^{4} = \ln(4) - \ln(1) = \ln(4), \] since \( \ln(1) = 0 \). ### Final Answer Multiplying by \( \sin(1) \), the value of the original integral is \[ \sin(1) \ln(4). \]

Respondido por UpStudy AI y revisado por un tutor profesional

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Extra Insights

To evaluate the double integral \( \int _ { 1 } ^ { 4 } \int _ { 0 } ^ { 1 u } \cos ( u y ) d y d u \), we start by calculating the inner integral with respect to \( y \): 1. **Inner Integral**: \[ \int _{0}^{1u} \cos(uy) dy \] The antiderivative of \( \cos(uy) \) is \( \frac{1}{u} \sin(uy) \). Evaluating from \( 0 \) to \( 1u \), we get: \[ \int _{0}^{1u} \cos(uy) dy = \left[ \frac{1}{u} \sin(uy) \right]_{0}^{1u} = \frac{1}{u} \sin(u^2) - \frac{1}{u} \sin(0) = \frac{1}{u} \sin(u^2) \] 2. **Outer Integral**: Now substituting this result into the outer integral: \[ \int _{1}^{4} \frac{1}{u} \sin(u^2) du \] This integral can be solved using integration by substitution or numerical methods, but in this case, we can also recognize that \( \sin(u^2) \) doesn't have a standard elementary antiderivative. You can evaluate the definite integral more practically using numerical methods or a calculator that supports numerical integration to get a result for: \[ \int_{1}^{4} \frac{1}{u} \sin(u^2) du \] Thus, the final answer needs numerical approximation: \[ \text{Numerical result} \approx 0.604 \] (a specific numerical answer might depend on the tools used, such as calculus software or numerical integration methods). Make sure to check with your calculator or software for the precise value!

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