Pregunta
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Use a change of variables to evaluate the following definite integral. \( \int_{1}^{2} \frac{5}{9 x^{2}+12 x+4} d x \) Determine a change of variables from \( x \) to \( u \). Choose the correct answer below. A. \( u=9 x^{2}+12 x+4 \) C. \( u=3 x+2 \) Dr. \( u=3 x \) Write the integral in terms of \( u \). 2 \( \int_{1}^{2} \frac{5}{9 x^{2}+12 x+4} d x=\int_{5}(\square) d u \) Evaluate the integral. 2 \( \int_{1}^{2} \frac{5}{9 x^{2}+12 x+4} d x=\square \) (Type an exact answer.) B

Ask by Joseph Adkins. in the United States
Mar 08,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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Let \( u = 3x + 2 \). Then, the integral becomes \( \frac{5}{3} \int_{5}^{8} \frac{1}{u^2} \, du \). Evaluating this gives \( \frac{1}{8} \).

Solución

Let \( u = 3x + 2 \). Notice that \[ (3x+2)^2 = 9x^2 + 12x + 4, \] so this substitution transforms the denominator perfectly. Differentiate \( u \) with respect to \( x \): \[ \frac{du}{dx} = 3 \quad \Rightarrow \quad dx = \frac{du}{3}. \] Next, change the limits of integration. When \( x = 1 \): \[ u = 3(1) + 2 = 5, \] and when \( x = 2 \): \[ u = 3(2) + 2 = 8. \] Now, substitute into the integral: \[ \int_{1}^{2} \frac{5}{9x^2+12x+4}\, dx = \int_{5}^{8} \frac{5}{(3x+2)^2} \cdot \frac{du}{3}. \] Since \( 9x^2+12x+4 = (3x+2)^2 = u^2 \), the integral becomes: \[ \frac{5}{3} \int_{5}^{8} \frac{1}{u^2}\, du. \] Now, compute the integral: \[ \int \frac{1}{u^2}\, du = \int u^{-2}\, du = -u^{-1} + C = -\frac{1}{u} + C. \] Evaluate from \( u = 5 \) to \( u = 8 \): \[ \frac{5}{3} \left[-\frac{1}{u}\right]_{5}^{8} = \frac{5}{3} \left(-\frac{1}{8} + \frac{1}{5}\right). \] Simplify the expression inside the parentheses: \[ -\frac{1}{8} + \frac{1}{5} = \frac{-5 + 8}{40} = \frac{3}{40}. \] Thus, the integral is: \[ \frac{5}{3} \cdot \frac{3}{40} = \frac{5}{40} = \frac{1}{8}. \] The final result is: \[ \boxed{\frac{1}{8}}. \]

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Extra Insights

To effectively evaluate the integral, we can utilize the substitution method. For the given integral \( u = 3x + 2 \) is the best choice because it simplifies the polynomial in the denominator effectively. The derivative \( du = 3dx \) means that \( dx = \frac{du}{3} \). Now, let's write the limits of integration. When \( x = 1 \), \( u = 3(1) + 2 = 5 \) and when \( x = 2 \), \( u = 3(2) + 2 = 8 \). This means we can rewrite the integral as: \[ \int_{1}^{2} \frac{5}{9x^2 + 12x + 4} dx = \int_{5}^{8} \frac{5}{u^2} \cdot \frac{du}{3} = \frac{5}{3} \int_{5}^{8} u^{-2} du \] Upon evaluating that integral, we find: \[ \frac{5}{3} \left[ -u^{-1} \right]_{5}^{8} = \frac{5}{3} \left(-\frac{1}{8} + \frac{1}{5}\right) \] Calculating this gives: \[ -\frac{5}{3} \left(\frac{5-8}{40}\right) = \frac{5}{3} \cdot \frac{3}{40} = \frac{1}{8} \] So, in conclusion, the evaluated integral is: \[ \int_{1}^{2} \frac{5}{9 x^{2}+12 x+4} d x=\frac{1}{8} \]

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