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Evaluate the following integral using trigonometric substitution. \( \int_{0}^{1} \frac{d x}{\sqrt{4-x^{2}}} \) Rewrite the given integral using this substitution. \( \frac{1}{1} \frac{d x}{\sqrt{4-x^{2}}}=\int_{0}^{0} \) (Type exact answers.) ( \( \theta \)

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Feb 24,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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The integral simplifies to \( \int_{0}^{\frac{\pi}{6}} d\theta = \frac{\pi}{6} \).

Solución

We start with the integral   I = ∫₀¹ [dx/√(4 – x²)]. Using the trigonometric substitution   x = 2 sin θ    (so that 4 – x² = 4 – 4 sin²θ = 4 cos²θ),   dx = 2 cos θ dθ,   √(4 – x²) = 2 cos θ    (cos θ is positive for θ in [0, π/2]). Substitute these into the integral:   dx/√(4 – x²) = (2 cos θ dθ)/(2 cos θ) = dθ. Now, change the limits of integration. When x = 0:   0 = 2 sin θ ⟹ sin θ = 0 ⟹ θ = 0. When x = 1:   1 = 2 sin θ ⟹ sin θ = 1/2 ⟹ θ = π/6. Hence, the rewritten integral in terms of θ is exactly   I = ∫₀^(π/6) dθ. Thus, the expression using the substitution becomes   ∫₀¹ [dx/√(4 – x²)] = ∫₀^(π/6) dθ. Evaluating the θ-integral gives   I = [θ]₀^(π/6) = π/6. So the exact answer is π/6.

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Bonus Knowledge

To solve the integral \( \int_{0}^{1} \frac{dx}{\sqrt{4-x^{2}}} \) using trigonometric substitution, we start with the substitution \( x = 2\sin(\theta) \). This gives us \( dx = 2\cos(\theta)d\theta \) and changes the limits: when \( x = 0 \), \( \theta = 0 \); when \( x = 1 \), \( \theta = \arcsin\left(\frac{1}{2}\right) = \frac{\pi}{6} \). Now, substituting into the integral, we get: \[ \int_{0}^{1} \frac{dx}{\sqrt{4 - x^{2}}} = \int_{0}^{\frac{\pi}{6}} \frac{2\cos(\theta)}{\sqrt{4 - 4\sin^{2}(\theta)}} d\theta = \int_{0}^{\frac{\pi}{6}} \frac{2\cos(\theta)}{2\cos(\theta)} d\theta = \int_{0}^{\frac{\pi}{6}} d\theta \] This simplifies to: \[ \int_{0}^{\frac{\pi}{6}} d\theta = \left[ \theta \right]_{0}^{\frac{\pi}{6}} = \frac{\pi}{6} - 0 = \frac{\pi}{6} \] Thus, the integral evaluates to \( \frac{\pi}{6} \). Now let's rewrite the integral in terms of \( \theta \): The relationship is as follows: \[ \frac{1}{1} \frac{dx}{\sqrt{4 - x^{2}}} = \int_{0}^{\frac{\pi}{6}} d\theta \]

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