Pregunta
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\( \frac { 1 } { 2 } \int _ { 0 } ^ { \pi / 3 } 1 d \theta - \int _ { 0 } ^ { \pi / 3 } 8 \cos \theta ^ { 2 } d \theta \)

Ask by Barnett Reese. in Mexico
Mar 08,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

Respuesta verificada por el tutor

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El resultado es \( -\frac{7\pi}{6} - \sqrt{3} \).

Solución

1. Escribimos la expresión dada: \[ \frac{1}{2} \int_0^{\pi/3} 1\,d\theta - \int_0^{\pi/3} 8 \cos^2 \theta\,d\theta \] 2. Calculamos el primer término: \[ \frac{1}{2} \int_0^{\pi/3} 1\,d\theta = \frac{1}{2} \left[\theta\right]_0^{\pi/3} = \frac{1}{2} \left(\frac{\pi}{3} - 0\right) = \frac{\pi}{6} \] 3. Para el segundo término, utilizamos la identidad: \[ \cos^2 \theta = \frac{1+\cos (2\theta)}{2} \] Luego, tenemos: \[ 8\cos^2 \theta = 8 \cdot \frac{1+\cos (2\theta)}{2} = 4\bigl(1+\cos (2\theta)\bigr) \] 4. Evaluamos el segundo integral: \[ \int_0^{\pi/3} 8\cos^2 \theta\,d\theta = \int_0^{\pi/3} 4\bigl(1+\cos (2\theta)\bigr)\,d\theta = 4\int_0^{\pi/3} 1\,d\theta + 4\int_0^{\pi/3} \cos (2\theta)\,d\theta \] 5. Calculamos el primer sub-integral: \[ 4\int_0^{\pi/3} 1\,d\theta = 4\left[\theta\right]_0^{\pi/3} = 4\left(\frac{\pi}{3}\right) = \frac{4\pi}{3} \] 6. Calculamos el segundo sub-integral: \[ 4\int_0^{\pi/3} \cos (2\theta)\,d\theta = 4\left[\frac{\sin (2\theta)}{2}\right]_0^{\pi/3} = 2\left[\sin (2\theta)\right]_0^{\pi/3} \] Evaluamos en los límites: \[ \sin\left(2\cdot\frac{\pi}{3}\right) = \sin\left(\frac{2\pi}{3}\right) = \frac{\sqrt{3}}{2} \quad \text{y} \quad \sin(0)=0, \] por lo tanto: \[ 2\left(\frac{\sqrt{3}}{2} - 0\right) = \sqrt{3} \] 7. Sumamos ambos resultados del segundo término: \[ \int_0^{\pi/3} 8\cos^2 \theta\,d\theta = \frac{4\pi}{3} + \sqrt{3} \] 8. Sustituimos en la expresión original: \[ \frac{\pi}{6} - \left(\frac{4\pi}{3} + \sqrt{3}\right) \] Convertimos a un denominador común para los términos en \(\pi\): \[ \frac{\pi}{6} - \frac{8\pi}{6} = -\frac{7\pi}{6} \] Entonces, el resultado final es: \[ -\frac{7\pi}{6} - \sqrt{3} \]

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The Deep Dive

To solve the given expression \( \frac { 1 } { 2 } \int _ { 0 } ^ { \pi / 3 } 1 d \theta - \int _ { 0 } ^ { \pi / 3 } 8 \cos \theta ^ { 2 } d \theta \), we can break it down step by step. First, we calculate the first integral: \[ \frac{1}{2} \int_{0}^{\pi/3} 1 \, d\theta = \frac{1}{2} \left[ \theta \right]_{0}^{\pi/3} = \frac{1}{2} \left( \frac{\pi}{3} - 0 \right) = \frac{\pi}{6}. \] Next, we compute the second integral involving \( \cos^2 \theta \). We can use the identity \( \cos^2 \theta = \frac{1 + \cos(2\theta)}{2} \): \[ \int_{0}^{\pi/3} 8 \cos^2 \theta \, d\theta = \int_{0}^{\pi/3} 8 \cdot \frac{1 + \cos(2\theta)}{2} \, d\theta = 4 \int_{0}^{\pi/3} (1 + \cos(2\theta)) \, d\theta. \] Now, we compute this integral: \[ 4 \left( \int_{0}^{\pi/3} 1 \, d\theta + \int_{0}^{\pi/3} \cos(2\theta) \, d\theta \right). \] The first part is \( \int_{0}^{\pi/3} 1 \, d\theta = \frac{\pi}{3} \). For the second part, \[ \int \cos(2\theta) \, d\theta = \frac{1}{2} \sin(2\theta), \] we evaluate from 0 to \( \frac{\pi}{3} \): \[ \left[ \frac{1}{2} \sin(2\theta) \right]_{0}^{\pi/3} = \frac{1}{2} \sin\left(\frac{2\pi}{3}\right) - 0 = \frac{1}{2} \cdot \frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{\sqrt{3}}{4}. \] Putting it all together: \[ \int_{0}^{\pi/3} \cos(2\theta) d\theta = 0 + \frac{\sqrt{3}}{4} = \frac{\sqrt{3}}{4}. \] Thus, \[ 4 \left(\frac{\pi}{3} + \frac{\sqrt{3}}{4}\right) = \frac{4\pi}{3} + \sqrt{3}. \] Finally, we substitute back into the original expression: \[ \frac{\pi}{6} - \left(\frac{4\pi}{3} + \sqrt{3}\right). \] To combine the terms, we find a common denominator: \[ \frac{\pi}{6} - \frac{8\pi}{6} - \sqrt{3} = -\frac{7\pi}{6} - \sqrt{3}. \] Therefore, the final result is: \[ -\frac{7\pi}{6} - \sqrt{3}. \]

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