0π2sinϕcos5ϕdϕ\int_0^{\frac{\pi}{2}} \sqrt{\sin\phi} \cos^5\phi d\phi का मान प्रतिस्थापन का उपयोग करते हुए ज्ञात कीजिए।

उत्तर: 64231\frac{64}{231}

चरण-दर-चरण हल

चरण 1: अभिव्यक्ति को पुनर्व्यवस्थित करें

दिए गए समाकल को हल करने के लिए, हम cos5ϕ\cos^5\phi को cos4ϕcosϕ\cos^4\phi \cos\phi के रूप में पुनर्व्यवस्थित करते हैं। यह हमें प्रतिस्थापन के लिए cosϕdϕ\cos\phi d\phi पद प्राप्त करने में मदद करेगा।

चरण 2: त्रिकोणमितीय सर्वसमिका का उपयोग करें

हम जानते हैं कि cos2ϕ=1sin2ϕ\cos^2\phi = 1 - \sin^2\phi । इसलिए, हम cos4ϕ\cos^4\phi को (1sin2ϕ)2(1 - \sin^2\phi)^2 के रूप में लिख सकते हैं।

चरण 3: प्रतिस्थापन करें

अब हम प्रतिस्थापन विधि का उपयोग करते हैं। मान लीजिए u=sinϕu = \sin\phi , तो du=cosϕdϕdu = \cos\phi d\phi होगा। हमें समाकलन की सीमाओं को भी बदलना होगा। जब ϕ=0\phi = 0 , तो u=sin(0)=0u = \sin(0) = 0 । जब ϕ=π2\phi = \frac{\pi}{2} , तो u=sin(π2)=1u = \sin(\frac{\pi}{2}) = 1

चरण 4: प्रतिस्थापित समाकल को हल करें

प्रतिस्थापन के बाद, समाकल बन जाता है 01u(1u2)2du\int_0^1 \sqrt{u} (1 - u^2)^2 du । हम (1u2)2(1 - u^2)^2 का विस्तार करते हैं और u12u^{\frac{1}{2}} से गुणा करते हैं।

चरण 5: समाकलित करें

अब हम प्रत्येक पद को समाकलित करते हैं। समाकलन का सूत्र xndx=xn+1n+1\int x^n dx = \frac{x^{n+1}}{n+1} का उपयोग करते हैं।

चरण 6: सीमाओं का मूल्यांकन करें

अब हम ऊपरी सीमा ( u=1u=1 ) और निचली सीमा ( u=0u=0 ) पर समाकलित फलन का मूल्यांकन करते हैं और अंतर निकालते हैं।

चरण 7: सरल करें

भिन्न पदों को सरल करने के लिए, हम एक सामान्य हर ज्ञात करते हैं, जो कि 3711=2313 \cdot 7 \cdot 11 = 231 है, और फिर जोड़ते और घटाते हैं।

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