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  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    1/56

    Exercise:

    Compute ,

    1 1

    dx 

    x  

    Solution: Let

    11 2

    2 1u x du dx udu dx  

    x  

      211 1

    dx u  du u x 

     

    21

    u  du u 

     

      1 121

    u  du u 

     

      12 11

    du u 

     

      2 2 ln 1 2 1 2 ln 1 1u u c x x c   Exercise:

    Compute , lnn x x dx    

    Solution: Let lnu x   and n dv x dx    1

    du x 

     and1

    1

    n x v 

     

    1 1ln 1ln

    1 1

    n n n    x x x x x dx dx  

    n n x 

    11 11ln

    1 1

    n n x  x x x dx  

    n n 

       

    1 1ln

    1 1

    n n x  x x dx  

    n n 

     

     1 11

    ln1 1 1

    n n x x x c 

    n n n 

     1 1

    ln1 1

    n x x c 

    n n 

     

    Exercise:

    Show that,1

    limn 

    i n i 

    a   

    2

    1

     where a     

    Solution: Let1

    i i 

    i S 

    a    2 3

    1 2 3.... ...

    a    a a a    (1)

    2 3 4 1

    1 1 2 30 .... ...

    n S 

    a    a a a a     (2) subtracting (1) from (2) to get

    2 2 3 3

    1 1 2 1 3 2(1) (2) : 0 ....S S 

    a a    a a a a  

     

    2 3

    1 1 1....

    a    a a   

    1

    1i 

    i    a 

       

    1

    1 11

    i i 

    S a    a 

       

    1

    1 1   i 

    a S 

    a a 

     

    11

    11

    a S a a 

     

     

    1

    a a 

    1a 

     1

     

    Thus

    2

    11 1

    a a a S 

    a  a 

     i.e

    2

    1

    lim1

    i n i 

    i a 

    a  a 

     , a     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    2/56

    Exercise:

    Show that ,0

      2

    m x m 

    x m x 

     where m   

    Solution: Let u m x    du dx    if 0x u m   and if 0x m u   

    0

    0 0

    m m 

    x m u m u  

    I dx du du  x m x m u u m u u  

     

    0 0

    2m m 

    m x x I I I dx dx m  

    m x x 

     thus 2

    m I    

    Exercise:

    Show that , b b

    a a 

     f a b x dx f x dx   

    Solution: Let  f   be continuous function in ,a b  and let u a b x     du dx    

    if x a u b  and if x b u a     a a b

    b b a 

     f a b x dx f u du f u du   

    Exercise:

    Solve in 1 27y x    and 2 5  1

    3

    y x     

    Solution: we have 2 5  1

    3

    y x      2

    22 5 5

    5

    1 13

    3 3

    y y y 

    x x x x x  

     

    also we have 1 33y x    3

    3   33y y 

    x x x x 

      5

    32 33   y 

    y x 

     

     

    Let 15 7

    2 7 15 7 14 2 275

    33 3 3 3 3 3y t x t t t t  

    t   

    Thus 23 3y x x   and 2y    

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    3/56

    Exercise:

    Show that , 0

    2

    log sin log 22

    x dx 

     

       

    Solution: Let 0

    2

    log sinJ x dx  

     

     and Let2

    u x  

      du dx    if 0

    2

    x u  

     and

    if 02

    x u    

     hence 0 02

    0

    2 2

    log sin log sin log cos2

    J x dx u du u du  

     

     

     

     

    Thus 0 0

    2 2

    2 log sin log cosJ x dx x dx    

      0

    2

    log sin log cosx x dx   

     

    0

    2

    log si2

    n2

    cosx x dx   

     

     

    0

    2

    1log sin 2

    2x dx 

     

     

     

    0 0

    2 2

    1log log sin 2

    2dx x dx  

     

     

    So we obtain that 1 22J J J   where0

    1

    2

    1log

    2J dx 

     

     

     and

    0

    2

    2

    log sin2J x dx   

     

    0 0

    1

    2 2

    1log log 1 log 2

    2J dx dx  

     

     

    00

    22

    log 2 log 2dx x     

     

     

    log 2 0 log 2 log 22 2

     

     Thus 1   log 22

    J      

    0

    2

    2

    log sin2J x dx   

     Let 2v x    2 2dv 

    dv dx dx    so v       if 2

    x      and 0v    if 

    0x    so

    0

    2

    2

    log sin2J x dx   

     

    01

    log sin2

    v dv 

     

     

    0

    2

    12 log sin

    2x dx J  

     

     

    Thus 2 log 2 log 22 2

    J J J   

      Q.E.D

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    4/56

    Exercise:

    Compute,   sin ln cos lnx x dx    

    Solution: Let ln   t t t x e x e dt dx   so   sin ln cos ln sin cos   t x x dx t t e dt  

    sin cost t t e dt t e dt     sin sin lnt t e c x x c    

    Let sin sin cost t t U t e dt t e t e dt     sin cos sint t t t e dt t e dt t e    

    Exercise:

    Solve in ,       4 4

    1 1 1 1 16x x   

    Solution: First let’s expand   2

    1 1 1 1 2 1 2 1x x x x x    and

     

    2

    1 1 1 1 2 1 2 1x x x x x    

    Hence               4 4 2 2

    1 1 1 1 16 2 1 2 1 16x x x x x x    

    2 24 1 4 1 4 1 4 1 16x x x x x x     22 8 8 16x x   22 8 24 0x x    2 4 12 0x x    2 4 42 2 12 0x x     

    2

    2 16 2 4x x    4 2 2x   or 4 2 6x    which is rejected

    Exercise:

    Solve in ,   2 22 | | 5 3 0z z i   where 2 1i     

    Solution: Let ,z z x iy    2

    2 2 2 2 2| |z x y x y  

     and 2z x iy x iy    

    2 2 2 2z x ixy ixy i y     2 2 2x y ixy    

    thus   2 2 2 2 2 22 | | 5 3 0 2 2 5 3 0z z i x y x y i xy i    

    2 2 2 22 2 2 5 3 0x y x y i xy i     2 23 2 5 3x y i xy i     2 23 5x y   

    and 2 3xy    3

    2y 

     so

    2

    2   33 52

    x x 

      22

    33 5

    4x 

    x    4 212 3 20x x   

    4 212 20 3 0x x   Let 2 2  1 3

    12 20 3 06 2

    t x t t t or t    

    thus1 3

    26x or x    hence

    2 3 2

    2 2y or   so

    1 3 2 3 2

    2 2 26z i or z i  

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    5/56

    Exercise:

    Compute ,1

    1

    x dx 

     

    Solution: Let1

    22

    u x du dx udu dx  x 

     so1 1

    211

    x u dx udu  

    u x 

     

    2 1

    1

    u u du 

     

    22 1

    1 1

    u u du 

    u u 

     

    2

    2

    12

    1

    u u du 

    2

    2 2

    12 2

    1 1

    u u    u u du du  

    u u 

     

     

    2

    2 22

    1

    1 12

    1

    u u du du  

    u u 

     

    22 2

    1 12 2

    1 1

    u u du du  

    u u 

     

    22

    1

    u du 

     

    2

    2 2

    12 2

    1 1

    u du du 

    u u 

      2

    2 2

    22 1 2

    1 1

    udu du  du u du  

    u u 

     let’s compute each

    term aside as follows: Let   21 2 2t u dt udu dt udu    

    1/21/2 1/2 2

    2

    22 2 1

    112

    u dt t  du t dt t c u c  

    t u 

     

    thus 22

    22 1

    1

    u du u c  

     also 2

    arcsin1

    du u c 

     

    ,Let sin cosu du d      so2 2

    1 sin cos    

    so   2 2 21 cos cos cosu du d d       1

    1 cos 22

    d      1 1

    sin 22 4

    c     

    thus         1 12 1 arcsin sin 2 arcsin21x 

    dx x x x c  x 

     

    ‚   1 1 1u u u   since 1 0u   ‚ 

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    6/56

    Exercise:

    Solve in the following system :

    3

    5

    4

    x y y z  

    y z z x  

    z x x y  

     

     

    Solution: Adding the above equations we get   2 12x y y z z x    

    6x y y z z x     3 6 3z x z x    , 5 6x y   

    1x y   and 4 6 2y z y z    S.B.S for the box equation we get:

    9, 1z x x y    and 4y z   Adding the pervious equations we get:   2 14z x y   

    7x y z   but 9 7 9 2z x y   thus 2y    , 6z    and 3x    

    Exercise:

    Compute,3

    8

    7 3lim

    8x 

     

    Solution: Let 3   3t x t x    as 8x    ,   2t    hence3

    38 2

    7 3 7 3lim lim

    8   8x t 

    x t 

    x    t 

       

     

    3   3 32 2

    7 3 7 3 7 9lim lim

    8   7 3   2 7 3t t 

    t t t 

    t    t    t t 

         

     

    3 32

    2lim

    2 7 3t 

    t t 

     

    but 3 3 22 2 2 4t t t t     23 32

    2 42

    t t t 

     

    Thus

          3 3 22 22 1 1 1

    lim lim12 6 722 7 3 2 4 7 3t t 

    t t t t t  

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    7/56

    Exercise:

    Show that

    647

    2

    1 16lim 2

    2x 

    x x 

     

    Solution: Let 6 3 34 2 21 16 1 4 1 4g x x x x x x x  

     

      3 32 264

    2 2

    1 4 1 41 16lim lim

    2 2x x 

    x x x x  x x 

    x x 

    3232

    2 2

    1 4lim lim 1 4

    2x x 

    x x x x 

     but

    32

    2lim 1 4 4 1 4 8x 

    x x 

    32

    2

    1 48lim

    2x 

    x x 

     Now let 1 1t x t x    as 2, 1x t   

    3 2 22 3 3

    2 1 11 4 1 4 1 48 lim 8 lim 8 lim

    2 1 2 1x t t x x t t t t  

    x t t 

     

    but   23 3 2 5 4 31 4 2 1 4 2 4t t t t t t t t     5 4 32 3 1t t t   

    23 5 4 3

    1 1

    1 4   1 2 38 lim 8 lim

    1 1t t 

    t t  t t t 

    t t 

     

     

    5 4 3

    1 1

    1 2 38 lim 8 lim

    1 1t t 

    t t t 

    t t 

     

    but 5 4 3 21 1 1t t t t t t     5

    4 3 2

    1 1

    1lim lim 1 5

    1t t 

    t t t t t  

     

    hence5

    1

    18 lim 8 5 401t 

     we have 4 3 4 3 4 32 3 2 2 1 2 1 1t t t t t t    

    but 4 3 21 1 1t t t t t    and 3 21 1 1t t t t    

    so 4 34 3

    1 1

    2 1 12 3lim lim

    1 1t t 

    t t t t 

    t t 

     

    4 3

    1 1

    1 12 lim lim

    1 1t t 

    t t 

    t t 

     

    3 2 21 1

    2 lim 1 lim 1t t 

    t t t t t  

      2 4 3 8 3 11  

    thus 6

    4 7

    2

    1 16lim 40 8 11 128 2

    2x x x 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    8/56

    Exercise:

    Show that ,

    5

    4

    4 2 cos sinlim 5 2

    1 sin 2x 

    x x 

    x  

     

    Solution: We know that cos sin2

    x x  

     and cos cos 2 cos cos2 2

    a b a ba b

       

     

    2 2cos sin cos cos 2 cos cos2 2 2

    x x x x  x x x x  

      

     

     

    222 cos cos

    4 2

    x    

     

     

     2

    2 cos 2 cos2 4 4

    x x   

     

    hence

    5

    4

    4 2 2 cos4

    lim1 sin 2

    x  

     

     

    5

    4

    4 2 1 cos4

    lim1 sin 2

    x  

     

     

    Now we have 04 4

    x x   

     so let | | 04

    h x h  

     

    5

    5

    0

    4

    4 2 1 cos4   1 cos

    lim 4 2 lim1 sin 21 sin 2

    2

    h x 

    x h 

    x h 

     

     

     

     

    5

    0

    1 cos4 2 lim 1 cos 2h 

     

    but 22 sin 1 cos2h h   5 5

    2 20 0

    1 cos 1 1 coslim lim

    22 sin 1 cosh h 

    h h 

    h h 

     Let cost h   as 0h    ,   1t  

    55 5 5

    2 2 220 1 1 1

    11 cos 1 1lim lim lim lim

    1 cos 1 11h t t t  

    t h t t 

    h t t t 

    but

    4 3 25

    2

    1 11

    1 11

    t t t t t  t 

    t t t 

     

    5 4 3 2

    21 1

    1 1 5lim lim1 21t t 

    t t t t t  

    t t 

     Thus  

    5

    4

    4 2 cos sin   5lim 4 21 sin 2 4

    x x 

    x  

         

    5 2  

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    9/56

    Exercise:

    Compute, 2

    lim 2 tanx 

    x x 

     

     

     

    Solution: Let t tx x 

        as 2,

    2x t 

         

    2

    2

    lim 2 tan lim 2 tanx 

    x t x t  

     

     

    2

    2lim tant 

    t t 

    t  

     

     

     but cot tan

    2t t 

     

     and

    1cot

    2tan

    2

     

     

     

    2 2 2 2

    2 22 2lim 2 tan lim lim lim

    tan tan2 22 2

    t t t t  

    t t t t t 

    t t t t t 

     

      

       

     

    but

    2

    2lim 1

    tan2

    t  

     

     

     so

    2 2

    22 2 4

    lim lim2

    2 2t t 

    t t   

     

     

     

    Exercise:

    Compute,

    5

    1

    2 3 3 2lim

    1x 

    x x 

     

    Solution: we have 1 1 0x x   so by taking 1h x   we get 0h    

      5

    0

    2 1 3 3 1 2limh 

    h h 

     

    5 5

    0 0

    2 1 3 1 2 1 1 3lim limh h 

    h h h h  

    h h 

     

    5

    0 0

    2 1 1   3lim limh h 

    h  h 

    h h 

     

    5

    0

    2 1 1lim 3h 

      Now Let 2 1t h   as 0, 1h t   

    So

    5

    54 3 2

    1 1 1

    2 11lim lim 2 lim 1 2 5 10

    1 1

    2

    t t t 

    t t t t t t  

    t t 

     

    thus

    5

    1

    2 3 3 2lim 13

    1x 

    x x 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    10/56

    Exercise:

    Solve in ,224   40log 64 2 0x x   

    Solution: we know that log 1 0  hence224   40log 64 2 log1x x   

    224   4064 2 1x x   

    2

    1

    244064 2 1x x   

    224

    40   1264

    x x     

     

    2 40

    24 1446

    1 12

    22

    x x    2 40 1442 2x x   

    2 40 144 0x x    2 2 20 400 400 144 0x x    2

    20 256x    20 16x   

    16 20 36x   or 20 16 4x    so the roots are 36 4x or x    

    Exercise:

    Solve in ,25 124 5 125x x   

    Solution: we know that     2

    225 5 5x 

    x x   so by letting 5   x t    we will obtain the

    following 2 124 125t t    2 2 22 62 62 62 125 0t t    2 2

    62 3969 63t 

    62 63t   thus 125 1t or   but 1t    is rejected since 0t    thus 35 125 5x   

    therefore 9x    

    Exercise:

    Solve the following ODE system4

    2 4   t 

    dy x y e dx dy 

    x e dx 

     

     

    Solution: We have 2 4 22

    t t dy dy e  x y e x y  

    dx dx    but 4t 

    dy x e 

    dx    4 2

    2

    t t    e e y   

    442

    2 4 2

    t t t t e e e y e y   now using the second equation we get

    44

    4 2

    t t t d e e x e 

    dx 

     

    4 4 4 424 2 4

    t t t t t t d e e dt e dt  x e x e e  

    dt dx dx  

    424

    t t t e x e dt e dx  

    4

    4

    24

    t t 

    e e 

    dx dt 

    x    e 

      3

    12

    4t dx  e dt 

      31

    ln 212

    t x e t c    31 2

    12t 

    e t c x e 

     

    31 212

    t e t 

    x ce 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    11/56

    Chapter 4: Logarithm

    Logarithm to base a:

    The logarithm to the base a  where 0, 1a a   of a number 0x    is the number y  

    such that y a x   thus loga 

    y x   

    Remark: 10if a    , we called 10log   x  the common logarithm where

    if a e    , we called loge  x  the natural logarithm

    Remark: ln loge 

    x x   

    Properties:

    1)  log 1 0 , 0, 1a 

      a a   

    2)  log 1, 0, 1a 

     a a a   

    3) 

    log

      x 

    a e x x   and

    log   ln

    0e  x    x 

    e e x x    

    4)  log log loga a a xy x y     , 0 , 0, 1x y a a    

    5)  log log log , 0 , 0, 1a a a 

    x x y x y a a  

     

    6) 1

    log log , 0, 0, 1a a 

     x x a a  x 

     

    7)  if a    and 0x    we define log ln

    0 0

    log lne a x    n n a a x 

    e n n 

    x e e a x a x  

     

    8)  log logy x y x    0,x y   

    9) log

    , 0, 1a y x y x a a a    

    10)  0, 1if a a    thenlog   ln

    loglog ln

    e a 

    x    x x 

    a a    ( Change of the base )

    11)  , , 0if a b c    and , 1a c    thenlog

    loglog

    c a 

    bb

    a    ( Change of the base )

    12)  0if x y    then log logx y   so log  is an increasing function

    0 1if x   then log 1x    , in particular 1if x    then log 0x    

    13)  1if a    and 0   x y   then log loga a 

    x y   and x y a a   

    0 1if a   and 0   x y   then log loga a 

    x y   and x y a a   

    14) log

    , 0, 1a  x 

    a x a a    

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    12/56

    Properties for logarithm inequalities:

    1)      1 , log log 0x x  for x f x g x f x g x        

    2)  ‘       0 1 , log log 0x x  for x f x g x f x g x      

    3)     

    1 , log  x 

    x  for x f x a f x a 

     

          

    4)     

    0 1 , log 0  x 

    x  for x f x a f x a 

     

        

    Remark: , , 0 , , 1if a b c a b  then log

    log log loglog

    ba b a 

    b

    c c c b

    a   

    Exercises:

    Solve in , 22log log

    4 log log 1x 

    x x   

    Solution: we have     2 2 2

    2 2log log 2 log log log log

    4 2 2 log

    x x x 

    x   

    thus 2 2

    log log log 1x x x    2

    2 log log 1 0x x    2   1 1

    log log 02 2

    x x   

    Let logt x    2  1 1

    02 2

    t t      1

    1 02

    t t 

     hence log 1x    or1

    log2

    x    rejected

    since log 0x    thus x e   

    Exercise:

    Determine the solution for this inequality,   2sin2

    3log 8 23log sinx 

      x x x 

     

    Solution: we need first to the domain of definition for the above inequality2

    log sin 0x    

    sin 1 sin 22 2

    x x k   

     

     thus 2 1

    2

    n x 

      ,n     where n  

    also   222

    sin

    2 2

    log 8 23 3log 8 23

    log sin log sinx 

    x x x x 

    x x 

     as

    2log sin 0x    we get

    22log 8 23 3x x    2 38 23 2 8x x    2 8 15 0x x   after studying the sign

    we get 3 5x    So the solution is   3 3

    3, , ,52 2

    x    

     

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    13/56

    Exercise:

    Determine the solution 3 1/3   31

    log 2 4 log 2 log 72

    x x x   (*)

    Solution: (*) is defined when 2 4 0, 2 0x x x    2x   

    so we can write

      3   33

    33

    log 2   log 71

    log 2 4 21   log 3log3

    x x 

     but 3 31

    log log 3 13

     

      33 3 33

    log 7log 2 4 log 2 log 7

    log 3x x x    3 3log 4 log 7x    4 7x   

    3x   

    Exercise:

    Determine the solution for this inequality

      20.3 0.3log 20 log 4 0x x x    (**)

    Solution: (**) is defined when 2 20 0x x   , 4 0x     4 5 0x x   

    So 2 20 0x x   whenever 4 5x or x    and we have 4 0 4x x   

    thus (**) is defined when 5x    

    But the base is 0.3 which is between 0 and 1 thus 0.3log 5 0x     5 1 6x x   

    So the solution is 5 6x   

    Exercise:

    Determine the solution 5log

    5x 

    x     

    Solution: clearly that 0x     5log

    5 5log log 5 1

    x x    5 5log log 1x x   

    2

    5 5 5log 1 log 1 log 1 0x x x   

    5 5log 1 log 1x or x    

    5log 1 5x x   or 1

    5 5 5log 1 log 5 log 5x      15x     

    Thus the solution is 10, 5,5x  

     

    5

    2

    5

    log 1 1

    log 1 0 0

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    14/56

    Exercise:

    Determine the solution for2

    0.7 6log log 0

    4

    x x 

      (***)

    Solution:2

    0.7 6log log 0

    4

    x x 

     for 0x    , log

    a  x   is increasing function 1a    

    so we can write (***) as2

    6log 1

    4

    x x 

     

    2

    64

    x x 

      2 6 24 0x x x   

    2 5 24 0x x   now solving we get 2 5 24 8 3 0x x x x     8 3x or x    

    thus 3 8x or x    from the domain we have2

    04

    x x 

      4x   and

    2 1 0x x x x     0, 1x x   

    So the solution for this is

    : 0 4 1S x x or x   thus 4 3x   or 8x    

    2

    4 1 0

    0 0

    4 0 0

    0 0

    x x 

     f 

     thus 4, 3 8,S    

    Exercise:

    Solve in 3 3sin sin 2 sin 32

    x x x     

    Solution: we know that3 3

    sin sin 3 2 sin cos2 2

    x x x x  x x 

       

      2 sin2 cosx x   

    hence3 3

    sin sin 2 sin 3 2 sin 2 cos sin 22

    x x x x x x   

        3 3

    sin 2 2 cos 12

    x x  

     

    but3 3 2 1 3 1 3

    1 sin sin sin2 2 2 2 2 6 3

     

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    15/56

    Exercise:

    Determine the differentiable function  f x   defined for 0x    such that for  f x   and the

    inverse function g x   which satisfied   3

    2

    1

    18

    3

     f x 

    g t dt x  

     

    Solution: Let y f x   take inverses both sides we get 1 1

     f y f f x x 

      g y x   

    3

    2

    1

    18

    3

    y d d 

    g t dt x  dx dx  

     

         by Chain rule

     

    3

    2

    1'

    18

    3

    y x g y 

    d dy d  g t dt x  

    dy dx dx  

     

         

    '2

    x g y f x    but '

    2

    x g y x xf x     '

    2

    x  f x 

    x   

    hence 1

    1 1/221 12 2

     f x x dx x dx x c 

       f x x c   let’s find c   

    2

     f x c x y c x y c x g y   thus 2

    g t t c    

          32 3 3 3

    1 1   1

    1 1 11 1

    3 3 3

     f x    x c x c 

    g t dt t c dt t c x c c c x x c  

       

     

    So our result is more same as above equation thus 3 31 8 1 8 2 1c c c   

    Therefore   1 f x x   

    Exercise:

    Compute,cos

    1 cos

    x dx 

    x  

    Solution: we know that 2 21 cos 2

    cos 2 cos 1 cos 22

    x x x x 

      22 cos 1 cos

    2

    x x 

     

    so

    2

    2

    2 cos 12cos

    1 cos2cos

    2

    x dx dx  

    x    x 

     

     21 sec

    2 2

    x dx dx  

     

      tan 2

    x x d 

     

     

    tan2

    x x c 

      since 2

    1tan sec

    2 2 2

    x x d 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    16/56

    Exercise:

    Determine the values of ,a c  such that for all 0x    , 3

    ln 12 3

    x x a x 

    x bx c  

     holds true.

    Then determine the range of b  .

    Solution: Let 3

    ,

    2 3

    x x a  f x g x 

    x bx c  

     and ln 1h x x   

    thus   0 f x g x h x x   so in particular 0 0 0 0 0 0 f g h g   

    0 0g    0 0 0a 

    g a c 

     

    Notice that the two curves & f h  have same

    tangent point at 0x    and below the liney x   

    thus  f x h x y x   we are interesting in g x   

    so g  must have y x   as a tangent line

    at   0x      

    2 2 2

    1'

    bx c b x a   bx c bx ab c abg x 

    bx c bx c bx c  

     

     so

      2' 0

      c abg 

     

    Thus   2 2

    0 1' 0

      c c g 

    c c c 

     

      1' 0g 

    c   but ' ' ' f x g x h x   thus 1 ' 0 1g   

    11 1c 

    c   so the obtain expression is

    3ln 1

    2 3 1

    x x x 

    x bx 

     

    Now we have h x g x       0h x g x    Let   0 0w x h x g x x    

    hence ln 11

    x w x x 

    bx 

     but

     

    2 2

    11 1 1'

    1 11 1

    bx b x  w x 

    x x bx bx  

     

    and 0 0w       g is increasing for every 0x    

    2

    1 10

    1 1x  bx 

     

    2

    2

    1 1

    01 1

    bx x 

    x bx 

     

    22 2

    2 2

    2 11 2 1

    01 1 1 1

    x xb bb x bx x  

    x bx x bx  

     

    1

    2 1 0 2b b

     

    Now suppose that  f x g x   with 0, 0b x      0 f x g x   3

    02 3 1

    x x 

    x bx 

     

    2 2

    3 2 3 2 3 10

    2 3 1

    x x bx b x  

    x bx 

     

    2 2

    6 9 6 10

    2 3 1

    x x bx bx  

    x bx 

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    17/56

    3 10

    2 3 1x bx 

     , 0x    

    3 1 2 30

    2 3 1

    bx x 

    x bx 

      3 3 3 2

    2 3 1

    bx x 

    x bx 

    3 20

    2 3 1

    x b

    x bx 

     

    3 20

    1

    b

    bx 

     thus

    1 23 2 0

    2 3b b  

    Remark:

    ‚ 

    2 2

    2 1   2 1

    11 1 1

    x bx b x bx b

    x x bx bx  

     

     but 0

    1

      0x   thus 2 1 0bx b   0x   

    hence 2 1 0b   so1

    2b   and similarly for

    3 2   3 20 0

    2 3 12 3 1

    x b x bx 

    x bx x bx 

     

     

    but 0 02 3

    x x 

     hence

    23 2 0

    3b b  

    Exercise:

    Compute,1

    1

    x dx 

    x x 

     

    Solution: Let1

    1 22 1

    u x du dx udu dx  x 

     

    So1 1

    1 1 1

    x x dx dx dx  

    x x x x x x  

     

    1 1

    1 1dx dx  

    x x x 

     

    hence   1 2 2 2 2 11

    u dx du du u c x c  u x 

     

    so1 2 2

    1

    u dx du du  

    xu x x x 

     but

    2 21 1 1u x u x u x    

    thus 12

    12 2 tan

    11

    du dx u c  

    u x x 

        1

    2 1 2 arctan 11

    x dx x x c

    x x 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    18/56

    Exercise:

    Compute,2

    4x dx 

     

    Solution: Let 24tanx t    28 tan secdx t t dt    

    so   2

    22 2

    2 4 4

    4 tan 14 4 tan 4 8 tan sec 8 tan sec

    16 tan 16 tan

    t x t dx t t dt t t dt  x t t 

     

    but 2 2sec tan 1t t    2

    2

    2 4

    4 4 sec8 tan sec

    16tan

    x t dx t t dt  

    x t 

     

    242sec

    8 tan sec16tan

    t t t dt  

    33

    3

    sec sec

    tantan

    t t dt dt  

    t t 

     

     but

    1

    sec   cos

    tan

    t    t 

    sin

    cos

    1csc

    sint 

    t   

    3 2

    2

    4csc csc csc

    x dx t dt t t dt  

     let

    2csc & cscu t dv t dt    

    csc cot & cotdu t t dt v t    

    so   3csc csc cot cot csc cott dt t t t t dt    2csc cot cot csct t t t dt    but

    2 2cot csc 1t t   

    hence 3   2   3csc cot csccs   1 csc csc coc csct csct t t t dt t t t d  t dt d    t t t   

    32 csc csc cot csct dt t t t dt    but csc ln csc cott dt t t c    

    Thus 3  1 1

    csc csc cot ln csc cot2 2

    t dt t t t t c    but2 24 tan tan

    4

    x x t t   

    2tan cot

    2

    x t t 

    x   and we know that 2 2csc 1 cott t    2csc 1 cott t   

    4csc 1t 

    x   

    4x 

     thus

    2

    4 1 4 2 1 4 2ln

    2 2

    x x x dx c 

    x x x    x x 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    19/56

    Exercise:

    Show that

    2 2

    2 2

    2 2

    det det

    bc c b   a c b

    c ca a abc c b a  

    b a c b a ab

             

     

    Solution:

    2 2

    2 2 4 2 2 2 2 2 2 2 2

    2 2

    det

    bc c b

    c ca a bc caab a c c ab b a b c a cab

    b a ab

     

     

        2 23 4 4bc a cba a c ab cab bca cab

     

          3 3 3abc cab a abc c cab abc abc b  

      3 3 3abc abc a c abc abc b  

      2 2 2abc a bc a c c ab b ac b  b a c b a b

    abc a c ba c a c b c  

     

    deta c b

    abc c b a  

    b a c 

     

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    20/56

    Exercise:

    Suppose that1

    2x x 

     then what is value of1

    9x x 

     

    Solution: Let   20w x w x    hence 21 1

    2x w w x 

     multiply by w  both sides

    3 31 2 2 1 0w w w w     21 1 0w w w    21 1 0w or w w    

    but 1w    is rejected since 0w    thus 2  1 1

    14 4

    w w   

    21 5 1 5

    2 4 2w w 

     

     

    so1 5

    2w x 

     

      2

    1 5

    4x 

     

               

    2 3

    1 5 1 5 8 36 1 529

    4   1 5   4 1 5

       

            1 5 1 5 2 5 36 8 2 5 30 2 1 5

    2 5 30 24 41 54 1 5

     

      4 5 82 5 30 2 2 55 8

    4 4

     

    Exercise:

    Show that0

    1lim ln

    a a 

     where 0a    

    Solution: We know that ln lnx x a x a  a e e   thus

    ln

    0 0

    1 1lim limx x a 

    x x 

    a e 

    x x   

    Now let ln ln1 1

    1 1x a x a  e e t t 

     take ln  both sides1

    ln 1 lnx a t 

     

    thus

    1ln 1

    ln

    t x 

     as1

    0 , 0x t 

     hence t    thus0

    11

    lim lim1

    ln 1

    ln

    x t 

    a  t x 

     

    ln lnlim lim

    1 1ln 1 ln 1

    t t t 

    a a 

    t t  t 

           

     but the natural logarithm is a continuous function

    so1 1

    lim ln 1 ln lim 1 ln 1

    t t 

    t t e 

    t t 

     thus0

    1lim ln

    a a 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    21/56

    Exercise:

    Let 1 2,z z    such that       1z x a iy b b  and       2z x a a iy b  where2, 1i i   if the product of

    1z   and

    2z   is equal to 1 4 3i   and 1 2Re   z z   is equal to the

    curve that passes through two points are   2,1  and   3, 2  1)

     

    Write the equation of that curve

    2)  Deduce1

    z   and2

    z   

    Solution:

    1)               1 2z z x a iy b b x a a iy b             2 2

    xa iyx ab iyx ab ab yb  

        2 2

    xa yb i yx ab ab ab    

        2 2

    1 1 4 3xa yb ixy ab ab i    

    Now by comparison we get 2 2 1xa yb   and   1 4 3xy ab ab   since 1 2Re   z z   is

    a curve passes through two points       2,1 & 3, 2  thus     2 2

    2 1a b  …(1) and

          2 2

    3 2 1a b  …(2)   2 2 2 22 1 & 3 2 1a b a b  from equation (1) we obtain

    2 22 1b a   from equation (2) we get 2 23 2 2 1 1a a    2 2 23 4 2 1 1a a a   

    1a   thus 1b    but , 0a b   thus the accepting values are 1, 1a b  hence

    1 2Re   z z   is a curve whose equation is2 2 1x y  …(1*) which is an hyperbola curve

    2) we already have 1ab   thus the imaginary part

    for1 2

    z z   will be in this form 2 4 3xy      2 3xy   ..(2*)

    From (2*) we get 22

    2 3 12y y 

    x    x   now back to the

    equation (1*) and substitute to get :

      2 4 2 4 2

    2

    12

    1 12 12 0x x x x x  x 

     

    let2 2 12 0t x t t    

    21 1

    122 4

     1 7 1 7

    2 2 2t t 

        4, 3t   

    but 2t x x t    So 2x    where 3t    will give two complex numbers are

    3x i   thus 1 22 3 & 2 3z i z i    

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    22/56

    Exercise:

    Solve the following differential equation1 1 1

    '   x y y    e   and 0 2y     

    Solution: 1 1 ' 1

    ' '' '

    y y e y y yy  

    y y y y    e 

      ' 'x x e y e y yy     x x 

     dy dy  e y e y  

    dx dx    

      2

    2x d d y e y 

    dx dx    

     2

    2x    y e y       thus

    2

    2x    y e y       since 0 2y      0   

    so2

    22 22

    x x x y e y e y y y e    

    Or we can solve it using exact and none exact differential equation:

    ' 'x x e y e y yy     ' 'x x e y yy e y     x x x x  dy e y y e e ydx y e dy  dx 

     

      0x x e ydx y e dx    

    ,,

    0x x 

    M x y N x y 

    e y dx e y dy     , , 0M x y dx N x y dy    

    M N M e 

    x y 

     hence exact differential equation , suppose that the solution y  is in the

    form , f x y       where     thus f 

    M x 

     and

     f N 

      x 

     f e y 

     and x 

     f e y 

     

    , 0x  f x y e y g y   and

    2

    , 02

    x    y  f x y e y h x   2

    2

    x    y e y       for

    0 2y     

    we get 0    hence 2   x y e   

    Exercise:

    Compute,1

    1

    x dx 

     

    Solution: Let1

    2t x dt dx  

    x   

    12

    2dt dx tdt dx  

    t   

    So 21 1 2 2

    21 11

    x t t t  dx t dt dt  

    t t x 

     

    2

    21

    t t dt 

     2

    2 21

    t dt t 

     

    4 2 41

    dt dt t dt  

      24 4 ln 1t t t c     4 4 ln 1x x x c  

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    23/56

    Exercise:

    Show that,4

    2

    0

    4 16x dx   

    Solution: 2 24 0 4 2x x x   

    4 2 4

    2 2 2

    0 0 2

    4 4 4x dx x dx x dx    

    We have 2 20 2 0 4 4 4 0x x x   thus 20 4 4x   

    thus 22 2 2   3

    2 2 2

    0 0 0 0

    84 4 4 4 8

    3 3

    x x dx x dx x dx x  

     

    for 2 22 4 4 16 0 4 12x x x   thus 4 4

    2 2

    2 2

    4 4x dx x dx    

    43

    2

    64 84 16 8

    3 3 3

    x x 

     hence4

    2

    0

    8 64 84 8 16 8 16

    3 3 3x dx   

    Exercise:

    Show that,2 2

    0  4

    a dx 

    a x a 

     

     

    Solution: we have2

    2 2 2

    2  1

    x x a a 

     hence2 2 2 2

    0 0

    1

    1

    a a dx dx  

    x a a  x 

     

     

    Now letx 

    t ta x adt dx  a 

     where 0t    if 0x    and 1t    if x a   

    so 1

    11

    2 2 2 2 20   00 0

    1 1 1 1arctan arctan 1 arctan 0

    41 1

    a dx adt dt  

    t a a a ax a a t t  

     

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    24/56

    Elementary Row operation for Determinant

    We use elementary row operations to reduce the given matrix to an upper or lower triangular

    matrix.

    Theorem:

    If A  is n n   upper or lower triangular matrix then

    11 12 1 11

    22 2 21 2211 22

    1

    1 1

    ... 0 ... 0

    0det ....

    0

    0 0

    n n 

    nn ii  i 

    nn n nn nn  

    a a a a  

    a a a a  A A a a a a  

    a a a a  

     

    Properties for determinant operations:

    Let ,A B  are n n   square matrices, then

    1)    det det   T A A  2)  det det detAB A B    

    3)  If A  has a row or column of zeros then   det 0A    

    If two rows or two columns of A  are identical then det 0A    

    4)  If B  is obtained by interchanging two rows of A  then

    det detB A  

    5)  If B  is obtain by adding a multiple of one row ( or column ) of A  to another ,then

    det detB A  

    6)  If the matrix B  is obtained by multiplying single row or single column by a scalar   

    then det detB A   

    If all n  -rows (or all columns) of A  are multiplied by any scalar   to obtain B  ,then

    det detn 

    B A 

     

    Summary:

    Interchanging two rows will change the sign of the determinanti j 

    R R  

    Multiply a row or a column by scalar will also multiply the determinant by same scalar

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    25/56

    Theorem:

    Let 1 2, , ..., n a a a   denote the row of A   If thethi   row vector of A  is the sum of the two row

    vectors i.e.i i i 

    a b c   then det det detA B C   

    where

    1

    1

    1

    bB 

     

      and

    1

    1

    1

    c C 

     

     

    Exercises:

    1) 

    Evaluate

    2 1 3 7

    1 2 4 3

    2 4 2 1

    2 2 8 4

     

    2)  Use row reduction to compute the determinant of

    2 3 3 1

    0 4 3 32 1 1 3

    0 4 3 2

    A

     

    3)  Show that ,

    2 4 4 2

    5 3 3 2 0

    1 2 2 1

     

    4) 

    Find all x  satisfying

    2 1

    1 1 1 04 2 1

    x x 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    26/56

    Solution:

    1)  We have   2 13 1

    4 1

    1 3 71

    2 2 21 2 4 3   1 1 2 4 3det2 4 2 1 22 2 4 2 12 2 8 4 22 2 8 4

    2 1 3 7

    R RA

    R R

    R R

     3 5 1

    2 2 2

    1 3 71

    2 2 21 02

    0 5 1 8

    0 1 5 11

     

    3 3 2

    4 4 2

    1 3 71

    2 2 25 11 2 0 1

    3 3   52 30 5 1 8

    0 1 5 11

    R R R

    R R R

     

    1 3 71

    2 2 25 1

    0 11 3 322 293

    0 03 3

    10 320 0

    3 3

     

    4 4 3

    1 3 712 2 2

    5 10 11 3 3 3

    293 220 0 1

    2210 32   100 03 3   3

    R R R

     

    1 3 712 2 2

    5 10 11 3 3

    29220 0 1

    2269

    0 0 011

     

    1 3 71

    2 2 25 11 11 10 1

    det det3 322 69 13829

    0 0 122

    0 0 0 1

    A B 

     since det 1B     

    thus det 138A    

    2) 

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    27/56

    Exercise:

    Compute, cos lnx dx   

    Solution: let lnt x   1

    dt dx xdt dx  x 

     but t e x   thus t e dt dx    

    so   cos ln cos   t x dx t e dt    , Let & cost u e dv t dt     & sint du e dt v t    

    so   cos sin sint t t t e dt e t t e dt    and a same process take & sint U e dV t    

    & cost dU e dt V t    so   sin cos cost t t t e dt e t t e dt    

    thus       sinc   cos coso st t t t t e dt t e d  e    t e t t      2 cos sin cost t t t e dt e t e t c  

    1

    cos sin cos2

    t t t e dt e t t c     1

    cos ln sin ln cos ln2

    x dx x x x c    

    Exercise:

    Solve in ,    

    252

    5

    log 8log 8 log 2

    log 2

    x x x 

     

    Solution: we know thatlog

    logloga 

    bb

    a   hence

      22

    5

    log 8log 8

    log5

    x x 

     and

     

    5

    log 2log 2

    log5

    x x 

     thus

    2 25

    5

    log 8 log 8

    log 2 log 2

    x x 

    x x 

     

    so    

    22

    log 8log 8 log 2

    log 2

    x x x 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    28/56

    Exercise:

    Solve in ,   2log 3

    33 9 3x 

    x x x x 

     

    Solution: Let 3 & 3u x v x    

      2log 3

    33 9 3x 

    x x x x 

      2log 9v u u x v   but 2 9 3 3x x x vu    

    2logv  u u uv        2loglog logv v v u u uv      2log log log logv v v v  u u u v    

    log log log 2 logv v v v  u u u v    but log 1v  v    now take logv t u   to get:

    2 22 2 0t t t t    

    21 9 1 3 1 3

    2 4 2 2 2t t t 

     

      2 1t or   

    If 22 22 log 2 3 3 7 6 0

    v t u u v x x x x     6x   or   1x    

    Since 0 3 0 3v x x   so the accepted solution is 6x    hence 1x    is rejected

    If 1 2 21

    1 log 1 3 9 1 10 103v 

    t u u v x x x x  x 

     

    But we are interesting in 0v    which means 3x    thus the accepted solution is 10x    

    where as 10x    is rejected. So the solution set is 6, 10S    Exercise:

    Find the general solution for this differential equation 2 ln 0dy 

    y x y x  dx   

    Solution: we have 2 2ln 0 ln 0dy x dy  y x y x x y  dx y dx  

     

    2 ln 0x x y dx dy  y 

      , , 0M x y dx N x y dy    so1M N 

    y y x 

     hence the obtain

    differential equation is exact, so the solution will be in the form , f x y       

    Thus & f f 

    M N x y 

       

      32

    , ln ln ( ) 03

     f x y M x x y dx x y g y   and

    , ln ( ) 0x 

     f x y N y dy x y h x y 

     hence 3

    3

    x h x     and   0g y     

    Therefore3

    ln3

    x x y       is the General solution for this D.E

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    29/56

    Exercise:

    Compute,

    2

    1

    sin cosdx 

    x x   

    Solution: we have 2

    2 22sinsin cos cos 1 cos tan 1cos

    x x x x x x  

     

    Let 22

    tan 1 seccos

    dx u x du x dx  

    x   

    so

    2

    2 2 2 22

    sec 1

    sin cos cos tan 1 tan 1

    dx dx x du  dx c 

    u u x x x x x  

     

    thus

    2

    1

    tan 1sin cos

    dx c 

    x x x 

     

    Exercise:

    Compute,2 2

    sin

    cos

    x dx 

    a x   where a    

    Solution: Let cos sin sinu x du x dx du x dx    so2 2 2 2

    sin

    cos

    x du dx 

    a x a u  

     

    2

    2 1

    du 

    u a 

      2 21

    1

    du 

    a  u 

     Let1u 

    w dw du adw du  a a 

     

    So 2 2 2 2 2

    1 1 1 1arctan

    1 11

    du adw dw  w c 

    a a a a w w  u 

     1

    arctan  u 

    c a a 

     

    Thus2 2

    sin 1 cosarctan

    cos

    x x dx c 

    a a a x 

       

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    30/56

    Exercise:

    Solve the following linear congruency system

    11 5 7 mod20

    6 3 8 mod20

    x y 

    x y 

     

     

    Solution: We need to check if this system had a solution or not first

    so gcd 11,5,20 1 | 7  and gcd 6,3,20 1| 8  thus there are exactly md  solution module m

    11 5 7 mod20 3

    6 3 8 mod20 5

    x y 

    x y 

     

    33 15 21 mod 20 1 mod 20

    30 15 40 mod20 0 mod20

    x y 

    x y 

       

     

    3 1 mod 20x   but gcd 3, 20 1  thus 13  exits which is 13 7 mod 20  

    hence 7 mod20x    Now just substitute x  in (2) to get :

    6 7 3 8 mod20 3 8 42 mod20 34 mod20 6 mod20y y   thus 3 6 mod20y    hence 6 7 mod 20 42 mod 20y     2 mod20y   

    Exercise:

    Solve in , 3log 8 log 3 6x x    

    Solution: we know that3

    3

    ln ln 3 1 1log & log 3

    ln 3 ln ln log

    ln 3

    x x 

    x x x   

    so3 3

    3

    8log 8 log 3 6 log 6

    logx x x 

    x   let 3logw x   

    86w 

    w   

    22 28 6 2 3 9 9 8 0 3 1w w w w w     3 1w    2 4w or   

    So 2 43

    log 2 4 3 3x or x or x    

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    31/56

    Exercise:

    Solve in , 2 6x x   

    Solution: we have 2 6 2 6 2 6x x x x or x x    

    6 2 6 2x x or x x     S.B.S

    2 2 2 236 12 4 4 36 12 4 4x x x x or x x x x    

    36 4 4 12 36 4 4 12x x or x x     32 16 32 8x or x     2 4x or x    

    If 2 2 2 2 2 4 2 2 6x    thus rejected hence the acceptable solution is

    4x    or we can solve this exercise as follows :

    let 2y x    6x y    22 2y x   and

    236x y   

    2 2 2

    2 36x y x y xy     22 2 2

    2 2 36 4 4 2 36x x xy x x x xy    

    2 22 4 2 32 2 16x x xy x x xy     216 2xy x x    2 2 16x x 

    y x 

     

    2 16   162

    x x y y x 

    x x 

     but 16   1, 2, 4, 8, 16D     

    If 1 13x y   rejected If 1 17x y   rejected

    If    2 4x y   rejected If 2 8x y   rejected

    If 4 2x y   rejected If 4 2x y   accepted since 2 4 2 2 2  

    If 8 8x y   rejected If    8 4x y   rejected If 16 17x y   rejected

    If 16 13x y   rejected thus the accepted solution is 4x    

    Exercise:

    Solve in , x x x   

    Solution: we have x x x    x x x   thus x x x x   take ln both sides we get :

    1 1ln ln ln ln ln 0x x x x x x x x x  x x 

      ln 0 ln1x    21 0 1 0x x x 

    1x   or 2 1 1 1 0x x x    1x   or 1x    thus the solution set is 1,1S    

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    32/56

    Exercise:

    Solve in ,  

     

    2 2  2 11log 4 1 log 2 1

    2 4 3 4x x 

    x x x x  

     

    Solution: Let 2 & 4a x b x    thus 2 6 2 3 32

    a ba b x x x  

       

    2 2 2 11log 1 log 1 3b a a b x b   2

    11

    4a b b  thus 2 2

    2

    11log 1 log 1

    4b a    a ba b b    

    We have 2 2 2 22 2 2 2 2 2log log log log

    log log log log log loga b a b

    b a a b b a b a w    

    thus

    2

    11

    4

    a bw wa b

    b

     

      2 12

    4

    a b bw ab w  

     

      2 12

    14

    a b bw ab

     

    but 2

    221 4 2 1 6 8 1 32

    a bab x x x x x  

       

     thus

    2

    12

    a bab

       

     

    2 212

    2 2

    a b a bw b

     

    2

    12 02

    a bw b

     

    2

    02

    a b

     or 12w b  

    0a b a b  thus 2 4 2 6 3x x x x    

    212 12 12log   bw b w b a b     2   122 2loglog logba b  

    2 2 2 2 2log log 12 log log log 12 0b a b b a    thus

    02

    log 0 2 1 1b b b  

    2log 12a     122a   thus 122a    so 4 1 3b x x   or

      12 12 11 112 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2047 4094a x x   but 3x    is rejected

    since 2x    thus the accepted solution is 4094x    

    Exercise:

    Compute ,2

    1

    e dx 

    e   

    Solution: Let x x u e du e dx    so2

    1 11 11

    x e udu u  dx du  

    u u e 

     

    ln 1 ln 11

    x x du du u u c e e c  u 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    33/56

    Exercise:

    Compute,

    2

    ln

    1 ln

    x dx 

    x   

    Solution: Let1

    lnu x du dx  x 

     but u u x e e du dx    

    So

    2 2 2

    ln

    1 ln 1 1

    u  u x ue u  dx du e du  

    x u u 

      Let

    2

    1&1

    u U ue dV du  

     

      1

    1 &1

    u dU e u du V  u 

     so

    2

    11

    1 11

    u u u ue ue  du u e du  

    u u u 

     

    ln ln

    2

    ln ln

    1 ln1 ln

    x x x x dx e e c  x x 

      ln

    1 ln

    x x x c 

     

    Exercise:

    Compute,cot tan

    1 3 sin 2

    x x dx 

     

    Solution: Let 2 2tan arctant x x t     42

    1

    t dx dt  

     

    but 22

    1 1cot cot

    tanx x t 

    x    t 

     and we know that2

    2 4

    2 tan 2sin2

    1 tan 1

    x t x 

    x t 

     

    So

    2 2

    2 4

    4

    cot tan 21 3 sin 2   2 1

    1 31

    x x t t t  dx dt  x    t t 

     

     1

    2 4

    4

    26 1

    11

    t t t  dt t t 

     

    2

    4 2 4

    4

    2 2 1

    1 6 1

    1

    t dt 

    t t t 

     2

    4 2

    12

    1 6

    t dt 

    t t 

     

    2

    4 2 2

    12

    2 4 1

    t dt 

    t t t 

     

    2

    22 2

    12

    1 4

    t dt 

    t t 

     

    2

    22 2

    12

    1 4

    t dt 

    t t 

     

    2

    2

    22 2 2

    11

    2

    1 4

    t t 

    dt 

    t t t 

     

    2

    22 2

    12

    1 4

    t dt 

    t t 

     

     

    2

    22 2 2

    12

    1 4

    t dt 

    t t t 

     

    2

    22 2

    12

    1 4

    t dt 

    t t 

     

    2

    21

    12

    4

    t dt 

    t t 

     

    1

    arctan2

    t t c 

    tan cotarctan

    2

    x x c 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    34/56

    Exercise:

    Solve the following 4 28 cos 1 8 cos sin 2    where 0,2    

    Solution:  

    222

    4 2  1 cos 21 cos 2

    cos cos2 4

        

     

    hence 2

    24   1 cos 28 cos 8 2 1 cos 24

       

     so 2 22 1 cos 2 1 8 cos sin 2    

    2 22 1 cos 2 2 cos 2 1 8 cos sin 2    

    2   1 cos 22 2 cos 2 4 cos2 1 8 sin 22

       

     

    23 2 cos 2 4 cos 2     4 4 cos 2    sin2    21 2 cos 2 sin 2 0  

    22 cos 2 1 sin 2     22 cos 2 2 1 sin 2     22 1 cos 2 1 sin 2    22 sin 2 1 sin 2     22 sin 2 sin 2 1 0    Let 2sin 2 2 1 0t t t    

    2   1 1 02 2

    t t   1

    12

    t or 

     so1

    sin 2 12

    or   

      sin 2 sin sin2 6

    or   

     

     

    2 2 2 22 6

    k or k    

     

     4 12

    k or k    

       on the other hand we

    have 2 2 2 22 6

    k or k    

       7

    4 12k or k  

         where k    

    thus the solution set is7

    , ,4 12 12

     

     

    Exercise:

    Solve in , 3 3 7x y   and 1x y   

    Solution: we have 3 3 2 2x y x y x xy y    but 3 3 2 21x y x y x y xy    

    but 22 2 2 2

    2 2 2 3x y xy x y xy xy xy x y xy    

    3 3   67 1 3 7 23

    x y xy xy xy    so 22

    1 2 0x x x x 

     

    2

    2   1 1 1 9 1 3 1 32 0 2 14 4 2 4 2 2 2

    x x x x x x or    

     

    thus , 2, 1 , 1,2x y    

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    35/56

    Exercise:

    Solve in 2 3 2 3 4x x 

     

    Solution: Let  1 1 2 3 2 3

    2 3 2 34 32 3 2 3

    t t 

     thus 2 3t    and

    12 3

    t   so     1 4

    x x 

    t t 

         

    14

    x t 

     

    let   x 

    y t    22 1 4 0 2 3 2 3y y y y    

    if     22 3 2 3 2 3x x 

    y t t    2x 

    t t    12

    x    2x   

    If     12  1

    2 3 2 3

    x x 

    y t t t  t 

      2x   

    Exercise:

    Find the General solution for 2'   x y xy x e    

    Solution: we have 2'   x y xy x e    multiply by

    2

    2

    e   we get

    2 2 2

    22 2 2'x x x 

    x e y xe y x e e    

    2 2 2 2 2

    2 22 2 2 2 2

    '

    '

    1 1 1 1x x x x x  

    x x x x  

    v v 

    v u 

    d e y x e x e x x e e  

    dx 

     

     

    2 2

    2 21x x 

    x d d e y x e  

    dx dx  

     so 2 2

    2 21x x 

    e y x e c  

     

    2 2 2

    2 2 21x x x 

    y x e e ce  

      2

    21x 

    x y x e ce  

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    36/56

    Exercise:

    Solve the following system

    2 4 4

    9 3 9

    16 16 4

    log log log 2

    log log log 2

    log log log 2

    x y z 

    x y z 

    x y z 

     

     

    Solution: (1) 2 4log log 2x yz   , (2) 9 3log log 2xz y   and (3) 16 4log log 2xy z   

    (2)9 3 3 3

    1log log 2 log log 2

    2xz y xz y     3 3log 2 log 4xz y   

    23 3

    log 4 log 3xzy 

    2 81xzy   (*) so (1) 2 42 4 2 2 2 2

    log log 2 2 log log 4 log log 2x yz x yz x yz  

    2 16x yz   (**) so (3)16 4 4 4

    log log 2 log 2 log 4xy z xy z  

    2 44 4 4

    log 4 log 4 log 4xyz    2 256xyz   (***)2

    2

    (* * *) 256: 16

    (**) 16

    xyz z  

    x x yz 

     

    So 22 2 2 2   8181 16 81 16 81

    16xzy x x y x y xy    

    9

    4xy   

    Note that loga  u x   is defined in only when   0u x     thus , & 0x y z    hence 0xy    so

    9

    4xy    from (***)

    2

    2 2 2 29 256 4 32 32256 2564 9 3 3

    xyz z z z z  

     

    Now back

    32

    32 231616 16 48 3z z x x x    so 9 2 9

    4 3 4xy y    9 3 27

    4 2 8y   

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    37/56

    Exercise:

    Determine the value of x  that satisfied 1 11

    sin sin cos 15

     

    Solution: Let 1  1 1

    sin sin5 5

      

     and let 1cos cosx x      

    So sin 1 sin2

       

     

     

    2

         

    Now expanding sin sin cos sin cos 1    1

    sin cos 15

    x       

    But by Pythagoras theorem we get1 24

    cos 125 5

        and 2sin 1   x      

    224 115 5

    x x 

     

      2

    24 1 5x x      2 2

    5 24 1x x   

    2 2 210 25 24 24 25 10 1 0x x x x x     2225 2 5 1 0 5 1 0x x x   

    15 1 0

    5x x   

    Exercise:

    Solve in , 3 3 56x y   

    Solution: First we factorize 3 3 2 2

    x y x y x xy y    so3 3

    56x y   

    2 2 56x y x xy y    but56 2 28   2 2x y x y    

    So 2 22 2 28y y y y     2 2 24 4 2 28y y y y y    

    2 23 6 24 0 2 8 0y y y y     2 2 1 1 8 0y y   

    2

    1 9 0 1 3y y   thus 3 1 2 4y or y    

    therefore , 4,2 , 2, 4x y  

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    38/56

    Exercise:

    Show that,0

    1 sinarctan 0

    cos

    x dx 

       

     

    Solution: 20 0

    2

    1 sin 1 sin 1 sinarctan arctan arctan

    cos cos cos

    x x x dx dx dx  

    x x x 

       

     

     

    Let1 sin 1

    arctan & &cos 2

    x u dv dx du dx v x  

     

    so2   2

    20

    0

    1 sin 1 sinarctan arctan

    cos cos 4

    x x x dx x 

    x x 

      

     

    21 sin / 2   / 4arctan

    2 4cos / 2

       

     

     

    21 1arctan

    2 0 16

     

     but

    2 22

    1 sin 1 sinlim arctan arctan lim arctan

    cos cos 2x  x 

    x x 

    x x    

     

     

     

       

    thus 2

    21 0

    3

    16I f x 

      

     on the other hand 2

    22

    2

    1 sinarctan

    cos 4

    x x I f x dx x  

      

      

     

    But   1 sin

    lim arctan arctan 1cos 4x 

    x  

     

     

    2

    1 sinlim arctan arctan

    cos 2x 

    x  

     

     

    So

    2 2 2 2 2

    2

    3

    4 4 4 16 16I    

     so 0 0 f x dx  

     where   1 sin

    arctan cos

    x  f x  x 

     

     

    Even and odd functions:

    A function is said to be odd if  f x f x   then

    the element of symmetry is O and     0a 

    a  f x dx 

       

    A function is said to be even if  f x f x  then

    The element of symmetry is 'y oy  and 02a a 

    a  f x dx f x dx     Properties:

    1)  The product of even and odd function is odd

    2)  The product of two odd functions is always even

    3)  The product of two even functions is always even

    4)  Any scalar multiplied by odd respectively even is odd respectively even

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    39/56

    Properties:

    1)  The sum of two even functions is even

    2)  The sum of two odd functions is odd

    Exercise:

    Compute,

    2 2

    4

    1 1

    1

    x x 

    dx x 

     

    Solution: we have 4 2 21 1 1x x x   

    2 2 2 2 2 2

    4   2 2 2 2 2 2

    1 1 1 1 1 1

    1   1 1 1 1 1 1

    x x x x x x  dx dx dx dx

    x    x x x x x x  

     

    2 2

    1 1

    1 1

    dx dx  

    x x 

      2

    1arcsin

    1

    d x dx  

     

    arcsin arcsinhd x d x     arcsin arcsinhx x c   

    Remark that 2 2

    1 1arcsin & arcsinh

    1 1

    d d x x 

    dx dx  x x 

     

    Exercise:

    Compute,20

    sin

    1 cos

    x x dx 

     

     

    Solution: 2 20 0

    sinsin1 cos 1 cos

    x x x x  dx dx  x x 

         

     

      20 sin1 cos

    x x dx x 

          

     

    2 20 0

    sin sin

    1 cos 1 cos

    x x x dx dx  

    x x 

      

     

    2 20 0

    sin sin2

    1 cos 1 cos

    x x x dx dx  

    x x 

         

      20

    sin

    1 cos

    x dx 

      

     

    Let cos sinu x du x dx    so

    2 20 0

    sin

    1 cos 1

    x du dx 

    x u 

     

     

    1

    21 1

    du 

     

    1

    1arctan arctan 1 arctan 1

    4 4 2u 

         

    So2

    20

    sin

    2 2 41 cos

    x x dx 

         

       

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    40/56

    Exercise:

    Compute,cos sin

    2 sin 2

    x x dx 

     

    Solution: we have 2 2

    1

    2 sin 2 2 2 cos sin 1 2 cos sin cos sinx x x x x x x    

    2

    1 cos sinx x    2

    cos sin cos sin

    2 sin 2 1 cos sin

    x x x x  

    dx dx  x  x x 

     

    Take cos sin sin cosu x x du x x dx    

    Thus 2

    cos sinarctan arctan cos sin

    2 sin 2   1

    x x du  dx u c x x c  

    x    u 

       

    Notation:

    n powers 

    a a a a    a 

      & ....n 

    n times 

    a a a a  

      where n    

    Example: 5

      553 312555 5 55  

     where as 35 5 5 5 125  

    Example: Perform3

    3

    3

    Solution:33   2733 33  so

    3 2727 3 24

    3 3

    3 33 3

    3 3

     

    Exercise:

    Solve in , 723 1x x   

    Solution: we have 72 03 1 3x x    72 0x x   , let 2u x u x    

    272 0u u   Now finding the roots 2 2  1 1

    72 0 72 04 4

    u u u u    

    21 1 288

    2 4u 

     

     

    1 17 1 179 8

    2 2 2u u u or  

     

    9 8

    0 0

     

    So 9 8u   but 0u     20 8 0 64 0 64u u x   

    also its acceptable if72 00 3 3x    as 72 0   So 0 64x   

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    41/56

    Exercise:

    Show that,0

    tan 4 1lim

    1 cos 4 2x 

    x x 

     

    Solution: we have

    2 2

    tan 4 1 cos 4 tan 4 1 cos 4tan 4 1 cos 4

    1 cos 4 1 cos 4   1 cos 4 sin 4

    x x x x x x  x x x 

    x x    x x 

       

    So 20 0 0

    tan 4 tan 4lim lim lim 1 cos 4

    1 cos 4   sin 4x x x 

    x x x x  x 

    x    x 

     but

    20

    tan4lim

    sin 4x 

    x x 

    x  

    2

    20

    2

    tan4lim

    sin 4x 

    x x x 

     

    2 2 2 20 0 0

    2

    tan 4 tan 4 sin 44 1cos4lim lim lim

    4sin 4 4 4sin4x x x 

    x x x 

    x x x x  

    x  x 

    x    x 

     we know that

    0 0sin sinlim lim

    x u ax u  a 

    x u 

     Let   sin4cos4x  f x  x x    0limx   f x  0 01lim lim sin 4cos4x x  x x x   

    now let 44

    y y x x   so as 0, 0x y   

    0 0 0 0 0

    1 1 sinlim lim lim sin lim lim 1 4

    coscos

    4 4

    x y y y y  

    y  f x y 

    y y y y 

     

    Thus0

    tan 4 1 2 1lim 21 cos 4 4 4 2x x x 

     

    Exercise:

    Show that,sin2 2

    limsin 3 3x 

    x    

    Solution: we have 0x x     take 0y x y    

    So

    0

    sin2sin2lim lim

    sin3   sin3x y 

    y x 

    x    y  

     

     

     

      2 30 0

    sin 2 2   2cos sinlim lim

    sin 3 3   3 cos sin siny y 

    y  y y 

    y    y y y 

     

     

       

    0

    sin2lim

    sin3y 

     

    0

    sin2

    2lim

    sin 3 3y 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    42/56

    Exercise:

    Let a    such that 0a   which satisfies2

    2

    3

    4ln 4 ln 1

    3

    a x dx 

     , Show that 1a    

    Solution: we have 2 2 2

    2 2ln ln ln lna a x 

    x a x x  x x 

      ln lna x a x x    

    ln ln lna x a x x    

    So 2

    2 2 2 2

    3 3 3 3ln ln ln ln

    a a a a  

    a a a a  

    a x dx a x dx a x dx x dx  

     

    Let ln & &dx 

    u a x dv dx du v x  a x 

     

    Hence 2

    3ln

    a a x dx  

       

      2   2

    33ln

    a    a 

    a a 

    x x a x dx  

    a x 

     

        2   2

    33ln

    a    a 

    a a 

    x    a x a x dx  

     

     

    But 2 2 2 2233 3 3 3

    a a a a  a 

    a a a a a  

    a x a  a dx dx dx dx x a  

    a x a x a x  

     

    So   22

    3   3ln ln ln

    a a 

    a    a a x dx x a x x a a x  

       

      2 ln 3 2 ln 3 3 ln 4 3 ln 4a a a a a a a a a a    

    2 ln 3 2 ln 3 3 ln 4 3 ln 4a a a a a a a a a a    

    3 ln 3 4 ln 4a a a a a    

    Similarly we work for   22

    3   3ln ln ln

    a a 

    a    a a x dx x a x x a a x  

       

    2 ln 2 ln 3 ln 2 3 ln 2a a a a a a a a a a    

    ln 2 ln 2a a a a a    

    2   2

    33ln ln 2 ln 2 2 3 ln 3 3

    a    a 

    a a x dx x x x a a a a a a  

     

       

    So2

    2

    3ln

    a x dx 

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    43/56

    Exercise:

    Let   3 2g x ax bx cx d    be numerical function

    defined over By using the adjacent figure

    Determine the values for , , &a b c d   

    Solution: Graphically the obtain data are :

    1 0, 1 4, 0 2, 2 0g g g g    

    ' 1 0 & ' 1 0g g   

    1 0 0g a b c d     (1) 1 4 4g a b c d     (2) 0 2 2g d   

    2 0 8 4 2 0g a b c d     (3) but   2' 3 2g x ax bx c    

    ' 1 0 3 2 0g a b c     (4) and ' 1 0 3 2 0g a b c     (5)

    By using 2d    we get : 8 4 2 2a b c    , (1) 2a b c    & 2a b c   

    8 4 2 2

    2

    2

    a b c 

    a b c 

    a b c 

      2 0 0b b  8 2 2

    2 (2)

    a c 

    a c 

     

     

    8 2 2

    2 2 4

    a c 

    a c 

     

     

    6 6 1a a    & 3c     thus   3 3 2g x x x    

    Exercise:

    Let : f     be a numerical function defined as

      2 f x ax bx c   

    By using the adjacent figure determine the values for , &a b c  

    Solution: Graphically we obtain the following data

    0 1 f    , ' 1 0 f     and 1, 1 2 f   

    So we have 3 equation of 3 unknowns are:

    0 1 1 f c   ….(1) 

    ' 2 f x ax b   ' 1 0 0 2 2b f a b a    (2)

    We also have point ( Local Max ) 2   a b c   2

    2 1 1 22 2

    b b bb b

     (3)

    Thus our function will be   2 2 1 f x x x   

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    44/56

    Exercise:

    Compute,2

    20

    4

    4

    x x dx 

      

     where   

       

    Solution: we have

    22 2

    0 0 0 02 2 2 2

    24

    4 4 1 22

    24 4 4 4

    x x x x x x  

    dx dx dx dx  

    x x x x  

       

     

    Let 24 2u x du xdx     2du xdx       20 4 & 4u u      

    Put

    2

    2

    41 1

    ( ) 42 2

    1 (0) 4

    4

    2u 

    du I u du u  

      

       

    241

    21

    4

    1

    2I u 

      

      24 2    

    2 222

    2   20 0 02

    4 444

    44

    x x x I dx dx x dx  

    x x 

       

     

    Now let 2 sin 2 cos & arcsin2

    x x dx d    

     

      24 4 sin 2 cos   d     

      24 1 sin 2 cos   d      22 cos 2 cos   d      22 2 cos   d      24 cos   d     

    1

    4 1 cos 2 2 2 cos22

    d d d      2 sin2   c      2 arcsin sin 22x 

    c  

     

    2 arcsin 2 sin cos

    2

    x c   

      2 arcsin 2 cos

    2

    x x c  

     

    But 2 2 2 2 2sin cos 1 cos 1 sin cos 1 sin    , but

    22sin sin

    2 4

    x x     so

    22cos 1 4

    4

    x x     

    So 2 24 2 arcsin 2 42

    x x dx x x c  

     thus

    2 2

    04 2 arcsin 2 4

    2x dx 

             

     

    Therefore

    22

    0   2

    4

    4 1 2 2 arcsin 224

    x x 

    dx x 

          

       

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    45/56

    Exercise:

    Let 3,U V  X  by Using the Standard Euclidean Basis for 3  

    Drive the formula for ,U V   in terms of , ,x y z 

     

    Solution: We have 3

    U U a b c  x y z 

    X

     where 3

    , ,a b c C  

     

    also 3V V x y z 

     

    X  where 3, ,   C       

    So , ,U V a b c  x y z x y z  

     

       since .,.  is bilinear then

    ,,   ,,   ,,   b ba a a x 

    by x y y y z  x x y x z  

         

     

     

     

    , , ,c c c z x z y z z  

     

     

    a a a a a a  x x x x x y y x x z z x  

     

     

    b b b b b by x x y y y y y y z z y  

     

     

    c c c c c c  

    z x x z z y y z z z z z  

     

     

    2 2 2 2

    2 2

    a a a a a a  

    x x x x x y xy y x yx  x x 

       

     

    2 2a a a 

    x z xz z x zx  

       

     

    2 2bb b

    y x yx x y xy  

       

     

    2 2 2 2

    2 2

    b bb b b b

    y y y y y z yz z y zy  y y 

          

    2 2 2 2c c 

    c c c c  z x zx x z xz z y zy y z yz  

       

     

    2 2

    2 2

    c c c 

    z z z z  z z 

       

     

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    46/56

    a a a ba a a b

    x x x y x z y  x x x x    x x    y z y 

       

     

     

    b b

    y    z b

    y z    y b

    y y 

          

    c c 

    z    y c 

    z y    z c 

    x z 

       

     

     

     

    c c 

    z z z z 

      

     

     

    a a a b b ba b c a b c

    x x y z y z x x x y y z z

     

     c c c 

    a b c x y x y z z z  

       

     

    a a a a b c 

    x y y x y z x  

       

     

    b b b

    a b c x y y x y z y  

       

     

     

    c c c a b c 

    x y y x y z z  

       

     

    So     ,U V V U a V U b V U c  x y z 

     

       

    Exercise:

    Solve this inequality in ,   0.1 0.01log 2 log 2x x   

    Solution loga  u x   is defined when 0, 1 & 0a a u x    thus 2x    

    We know thatln

    loglna 

    bb

    a   so

      0.01   2 1

    ln 2 ln 2 ln 2log 2

    ln0.01   ln10 2 ln10

    x x x x 

     

    0.11

    log 22

    x   thus 0.1 0.1 0.1 0.11

    log 2 log 2 2 log 2 log 22

    x x x x    

    2

    0.1 0.1log 2 log 2x x 

        0 1 , log log 0x x x f x g x f x g x       

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    47/56

    2

    2 2 2 2 1 0x x x x     2 3 0x x  so the roots are

    2 3x or x   using the sign table to obtain2 3x   

    2 3

    2 0

    3 0

    0 0

     

    Exercise:

    Show that,2

    23

    4 1lim

    6

    n i 

     

    Solution: 2

    2 23 3 3 3 3

    2 24 2 2 2 2n n n n n  

    i i i i i  

    i i i i i i i  

    i i i i  i i 

     

     

    1 2 3 4 5 6 7 8... .....

    3 4 5 6 3 4 5 6

     

    5 3

    1 2 2 2

    3 4

    n n 

    i i 

    i i 

    i i 

     but

    3 5

    2

    2

    n n 

    i i 

    i i 

    i i 

     

    5 5

    2 2 1 11

    12 2 6 6

    n n 

    i i 

    i i 

    i i 

      so

    2

    23

    4 1lim

    6

    n i 

     

    Exercise:

    If 8 27m   then find the value of 4m  

    Solution: We have 3

    33 3 338 27 2 3 2 3 2 3m 

    m m m   S.B.S 4 9m   

  • 8/9/2019 Exercises FonT Latex

    48/56

    Exercise:

    Solve the following linear system using Gauss Jordan Elimination

    1 2 3

    1 2 3

    1 2 3

    2 3 3 15

    3 2 5 19

    5 4 2 2

    x x x 

    x x x 

    x x x 

     

    Solution: Let 31 2 3 2 2, , , & 15,19, 2X x x x A M R b  then AX b  

    1

    2 2 1

    3 3 1

    2 3 3 : 152

    3 2 5 : 19