مواضيع المحاضرة: الدوال 2
background image

١

Chapter two

Functions

2-1- Exponential and Logarithm functions :

         

Exponential functions :  If a  is a positive number and  x  is any number , 

we define the exponential function as :

                          y = a

x

        with   domain :   -∞ < x < ∞ 

                                                      Range :    y > 0
      
   The properties of the exponential functions are :

1. If  a > 0 ↔  a

x

> 0 .

2. a

x

. a

y

= a

x + y

  .

3. a

x

/ a

y

= a

x - y

  .

4. ( a

x

)

y

=  a

x.y

  .

5. ( a . b )

x

= a

x

. b

x

.

6.

x

y

y

x

y

x

)

a

(

a

a

.

7. a

-x

= 1 / a

x

  and  a

x

= 1 / a

-x

  .

8. a

x

= a

y

   ↔   x = y .

9. a

0

= 1 ,

     a

= ∞  , a

-∞

= 0   ,  where  a > 1 .

     a

= 0  , a

-∞

= ∞   ,  where  a < 1 .

The graph of the exponential function  y = a

x

  is :

Logarithm function :  If a  is  any positive number other than  , then 
the logarithm of  x
  to the base a  denoted by :
                            y = log

a

x         where   x > 0 

At  a = e = 2.7182828… ,  we get the natural logarithm and denoted by :           

y = ln x

Let x , y > 0 then the properties of logarithm functions are : 
1.  y = a

x

  ↔  x = log

a

y   and   y = e

x

  ↔   x = ln y .

2.  log

e

x = ln x .

3.  log

a

x = ln x / ln a  .


background image

٢

4.  ln (x.y) = ln x + ln y  .
5.  ln ( x / y ) = ln x – ln y  .
6.   ln x

n

= n. ln x  .

7.  ln e = log

a

a = 1 and   ln 1 = log

a

1 = 0  .

8.  a

x

= e

x. ln a

  .

9.  e

ln x 

= x  .

The graph of the function  y = ln x   is :

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

0

1

2

3

4

5

X

y

e

Application of exponential and logarithm functions 

We take Newton's law of cooling :

                       

T – T

S

= ( T

0

– T

S

) e

t k

        

                          

where T  is the temperature of the object at time t .

                                    

T

S

  is the surrounding temperature .

                                         T

0

  is the initial temperature of the object .

                                         k   is a constant .

EX-1-

The  temperature  of  an  ingot  of  metal  is 80

o

and  the room 

temperature is 20

o

. After twenty minutes, it was 70

o

.

a) What is the temperature will the metal be after 30 minutes?
b) What is the temperature will the metal be after two hours?
c) When will the metal be 30

o

C?

Sol. 

               

0091

.

0

20

6

ln

5

ln

k

e

60

50

e

)

T

T

(

T

T

k

20

S

0

S

tk

                 

C

6

.

65

T

C

6

.

45

761

.

0

*

60

e

60

20

T

     

)

a

o

o

)

0091

.

0

(

30

               

C

1

.

40

T

C

1

.

20

335

.

0

*

60

e

60

T

T

     

)

b

o

o

)

0091

.

0

(

120

S

                  

.

hrs

3

.

3

t

6

ln

t

0091

.

0

e

60

10

     

)

c

t

0091

.

0


background image

٣

2-2- Trigonometric functions :

When an angle of measure θ  is placed in 

standard position at the center of a circle of radius , the trigonometric 
functions of  θ
  are defined by the equations :

Cos

Sin

Cot

1

x

y

tan

,

sec

1

r

x

Cos

,

csc

1

r

y

Sin

        

The following are some properties of these functions :

tan

.

tan

1

tan

tan

)

tan(

)

5

Sin

.

Sin

Cos

.

Cos

)

(

Cos

)

4

Sin

.

Cos

Cos

.

Sin

)

(

Sin

)

3

csc

Cot

1

and

sec

tan

1

)

2

1

Cos

Sin

)

1

2

2

2

2

2

2

)]

(

Sin

)

(

Sin

[

2

1

Cos

.

Sin

)]

(

Cos

)

(

Cos

[

2

1

Cos

.

Cos

)]

(

Cos

)

(

Cos

[

2

1

Sin

.

Sin

)

10

tan

)

tan(

and

Cos

)

(

Cos

and

Sin

)

(

Sin

)

9

Sin

)

2

(

Cos

and

Cos

)

2

(

Sin

)

8

2

2

Cos

1

Sin

and

2

2

Cos

1

Cos

)

7

Sin

Cos

2

Cos

and

Cos

.

Sin

2

2

Sin

)

6

2

2

2

2

x

y

o

r

θ


background image

٤

2

Sin

.

2

Sin

2

Cos

Cos

2

Cos

.

2

Cos

2

Cos

Cos

)

12

2

Sin

.

2

Cos

2

Sin

Sin

2

Cos

.

2

Sin

2

Sin

Sin

)

11

θ

0 Π / 6 Π / 4 Π / 3 Π / 2 Π

Sinθ 0 1/2

1/√2 √3/2

1

0

Cosθ 1 √3/2 1/√2 1/2

0

-1

tanθ 0 1/√2

1

√3

∞ 0

Graphs of the trigonometric functions are :

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

1

y

1

:

R

x

:

D

Sinx

y

y

x

-2Л                        -Л                                                      Л                         2Л
    


background image

٥

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

1

y

1

:

R

x

:

D

Cosx

y

y

x

-2π                      -π                                 0                             π                               2π

y

:

R

2

1

n

2

x

:

D

x

tan

y

y

x

-2Л                        -Л                                                     Л                         2Л  


background image

٦

-2π                         -π                           0                             π                         2π

y

:

R

n

x

:

D

Cotx

y

y

x

-2π                         -π                           0                             π                         2π

1

-1

1

y

or

1

y

:

R

2

1

n

2

x

:

D

Secx

y

y

x


background image

٧

-2π                         -π                           0                             π                         2π

1

-1

1

y

or

1

y

:

R

n

x

:

D

x

csc

y

y

x

EX-2 -

Solve the  following  equations  ,  for  values  of  θ from  0

o

to  360

o

inclusive . 
a)    tan θ = 2 Sin θ
              b) 1 + Cos θ = 2 Sin

2

θ

Sol.

-

  

o

o

o

o

o

300

,

60

2

1

Cos

or

360

,

180

,

0

0

Sin

either

0

)

Cos

2

1

(

Sin

Sin

2

Cos

Sin

Sin

2

tan

)

a

  

Therefore the required values of  θ are 0

o

,60

o

,180

o

,300

o

,360

o

.

o

o

o

2

2

180

1

Cos

or

300

,

60

2

1

Cos

either

0

)

1

Cos

)(

1

Cos

2

(

)

Cos

1

(

2

Cos

1

Sin

.

2

Cos

1

)

b

There the roots of the equation between 0

o

  and  360

o

are 60

o

,180

o

and 300

o

.

,......

3

,

2

,

1

,

0

n

Where


background image

٨

EX-3- If tan θ 7/24,  find without using tables the values of  Secθ and Sinθ.    
Sol
.-

25

7

r

y

Sin

and

24

25

x

r

Sec

25

24

7

r

24

7

x

y

tan

2

2

EX-4- Prove the following identities :

Csc

Sec

Cot

tan

Cot

tan

Csc

Sec

)

c

Sin

Cos

Sin

Cos

)

b

Sec

.

Csc

Sec

.

tan

Csc

)

a

2

2

4

4

2

Sol.-

.

S

.

H

.

R

Csc

Sec

Cot

tan

Cos

.

Sin

1

Cos

.

Sin

1

.

Cos

Sin

Cos

Sin

Cos

Sin

1

Sin

Cos

Cos

Sin

Sin

1

Cos

1

Cot

tan

Csc

Sec

.

S

.

H

.

L

)

c

.

S

.

H

.

R

Sin

Cos

)

Sin

Cos

).(

Sin

Cos

(

Sin

Cos

.

S

.

H

.

L

)

b

.

S

.

H

.

R

Sec

.

Csc

Cos

1

.

Sin

1

Cos

.

Sin

Sin

Cos

Cos

1

.

Cos

Sin

Sin

1

Sec

.

tan

Csc

.

S

.

H

.

L

)

a

2

2

2

2

2

2

2

2

4

4

2

2

2

2

2

EX-5- Simplify 

Csc

.

a

x

when

a

x

1

2

2

   .

Sol.-

tan

a

1

Cot

a

1

a

Csc

a

1

a

x

1

2

2

2

2

2

2

  .

EX-6-  Eliminate θ from the equations :
         i)  x = a Sinθ   and  y = b tanθ
        ii)  x = 2 Secθ   and  y = Cos2θ
Sol.
-

٧

٤٢


background image

٩

1

y

b

x

a

1

Cot

Csc

Since

y

b

Cot

b

y

tan

tan

b

y

x

a

Csc

a

x

Sin

Sin

.

a

x

)

i

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

x

8

y

x

x

4

x

x

4

y

Sin

Cos

y

2

Cos

y

x

2

Cos

Sec

2

x

)

ii

EX-7- If  tan

2

θ – 2 tan

2

β = 1  , show that 2 Cos

2

θ – Cos

2

β = 0 .

Sol. 

.

D

.

E

.

Q

0

Cos

Cos

2

0

Cos

2

Cos

1

0

Sec

2

Sec

1

)

1

Sec

(

2

1

Sec

1

tan

2

tan

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

EX-8-  If  a Sinθ = p – b Cosθ   and  b Sinθ = q + a Cosθ .Show that :

a

2

+b

2

= p

2

+q

2

Sol.-

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

b

a

)

Sin

Cos

(

b

)

Cos

Sin

(

a

)

aCos

bSin

(

)

bCos

aSin

(

q

p

Cos

.

a

Sin

.

b

q

and

Cos

.

b

Sin

.

a

p

EX-9- If  Sin A = 4 / 5  and  Cos B = 12 / 13  ,where A  is obtuse and B  is 

acute . Find , without tables , the values of :
a)  Sin ( A – B )
      ,    b)  tan ( A – B )      ,     c)  tan ( A + B ) 

Sol. -

4

x

2

x

2

-3

5

4

A

B

13

12

5


background image

٠١

56

33

12

5

.

3

4

1

12

5

3

4

B

tan

.

A

tan

1

B

tan

A

tan

)

B

A

tan(

)

c

16

63

12

5

.

3

4

1

12

5

3

4

B

tan

.

A

tan

1

B

tan

A

tan

)

B

A

tan(

)

b

65

63

13

5

.

5

3

13

12

.

5

4

SinB

.

CosA

CosB

.

SinA

)

B

A

(

Sin

)

a

EX-10 – Prove the following identities:

Cot

1

2

Cos

2

Sin

1

2

Cos

2

Sin

)

d

SecB

.

SecA

CscB

.

CscA

CscB

.

CscA

.

SecB

.

SecA

)

B

A

(

Sec

)

c

CosB

.

CosA

)

B

A

(

Sin

B

tan

A

tan

)

b

CosB

.

SinA

.

2

)

B

A

(

Sin

)

B

A

(

Sin

)

a


background image

١١

Sol.-

.

S

.

H

.

R

Cot

Sin

Cos

Sin

2

Cos

.

Sin

2

Cos

2

Cos

.

Sin

2

1

)

Sin

Cos

(

Cos

.

Sin

2

1

)

Sin

Cos

(

Cos

.

Sin

2

1

2

Cos

2

Sin

1

2

Cos

2

Sin

.

S

.

H

.

L

)

d

.

S

.

H

.

L

)

B

A

(

Sec

)

B

A

(

Cos

1

SinB

.

SinA

CosB

.

CosA

1

CosB

1

.

CosA

1

SinB

1

.

SinA

1

SinB

1

.

SinA

1

.

CosB

1

.

CosA

1

SecB

.

SecA

CscB

.

CscA

CscB

.

CscA

.

SecB

.

SecA

S

.

H

.

R

)

c

.

S

.

H

.

L

B

tan

A

tan

CosB

.

CosA

SinB

.

CosA

CosB

.

SinA

CosB

.

CosA

)

B

A

(

Sin

.

S

.

H

.

R

)

b

.

S

.

H

.

R

CosB

.

SinA

.

2

SinB

.

CosA

CosB

.

SinA

SinB

.

CosA

CosB

.

SinA

)

B

A

(

Sin

)

B

A

(

Sin

.

S

.

H

.

L

)

a

2

2

2

2

2

2

EX-11 – Find , without using tables , the values of Sin 2θ and Cos 2θ, when: 

a) Sinθ = 3 / 5    ,    b)  Cos θ = 12/13    ,    c)   Sin θ = -√3 / 2   .

Sol. 
         a)

25

7

)

5

3

(

)

5

4

(

Sin

Cos

2

Cos

25

24

)

5

4

.(

5

3

.

2

Cos

.

Sin

.

2

2

Sin

2

2

2

2

-4

5

3

θ

3

٥

θ

٤


background image

٢١

b)

      

169

119

)

13

5

(

)

13

12

(

Sin

Cos

2

Cos

169

120

)

13

12

).(

13

5

(

2

Cos

.

Sin

.

2

2

Sin

2

2

2

2

c)

2

1

)

2

3

(

)

2

1

(

Sin

Cos

2

Cos

2

3

)

2

1

).(

2

3

(

2

Cos

.

Sin

2

2

Sin

2

2

2

2

EX-12- Solve  the  following  equations  for  values  of  θ  from 0

o

to 360

o

inclusive:
a)  Cos 2θ + Cos θ + 1 = 0
    ,      b)  4 tan θ . tan 2θ = 1

Sol.-

5

٣١

-5

θ

θ

٢١

٣١

1

θ

θ

١

-

-√3

2

-√3

2


background image

٣١

o

o

o

o

o

o

o

o

2

2

o

o

o

o

o

o

o

o

2

6

.

341

,

4

.

198

,

6

.

161

,

4

.

18

6

.

341

,

6

.

161

3

1

tan

or

4

.

198

,

4

.

18

3

1

tan

either

1

tan

9

1

tan

1

tan

2

.

tan

.

4

1

2

tan

.

tan

.

4

)

b

270

,

240

,

120

,

90

240

,

120

2

1

Cos

or

270

,

90

0

Cos

either

0

)

1

Cos

.

2

(

Cos

0

1

Cos

1

Cos

2

0

1

Cos

2

Cos

)

a

2-3- The inverse trigonometric functions :  

The inverse trigonometric 

functions  arise  in  problems  that  require  finding  angles  from  side 
measurements in triangles :

y

Sin

x

Sinx

y

1

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

-1

1

90

y

90

:

R

1

x

1

:

D

x

Sin

y

y

x

1

-


background image

٤١

-1

1

180

y

0

:

R

1

x

1

:

D

x

Cos

y

y

x

1

90

y

90

:

R

x

:

D

x

tan

y

y

x

1

π

-

  

π

0

-


background image

٥١

y

0

:

R

x

:

D

x

Cot

y

y

x

1

2

y

,

y

0

:

R

1

x

:

D

x

Sec

y

y

x

1

π

-

  

π

0

π

2

1

-1

-


background image

٦١

    

0

y

,

2

y

2

:

R

1

x

:

D

x

Csc

y

y

x

1

The  following  are  some  properties  of  the  inverse  trigonometric 

functions :

x

Sec

)

x

(

Sec

.

8

x

1

Sin

x

Csc

.

7

x

1

Cos

x

Sec

.

6

x

tan

2

x

Cot

.

5

x

tan

)

x

(

tan

.

4

2

x

Cos

x

Sin

.

3

x

Cos

)

x

(

Cos

.

2

x

Sin

)

x

(

Sin

.

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

x

Sin

Cscx

Sinx

1

)

Sinx

(

that

noted

and

1

1

1

-1

π

  

0

  

-2π


background image

٧١

EX-13- Given that 

2

3

Sin

1

  , find :

Cot

,

and

,

tan

,

Sec

,

Cos

,

Csc

Sol.-

3

1

Cot

,

3

tan

,

2

Sec

,

2

1

Cos

,

3

2

Csc

1

3

4

r

y

x

2

3

Sin

2

3

Sin

1

EX-14 – Evaluate the following expressions :

)

6

Sin

(

Cos

)

c

)

1

(

Sin

1

Sin

)

b

)

2

1

Cos

(

Sec

)

a

1

1

1

1

Sol.-

3

2

)

2

1

(

Cos

)

6

Sin

(

Cos

)

c

)

2

(

2

)

1

(

Sin

1

Sin

)

b

2

3

Sec

)

2

1

Cos

(

Sec

)

a

1

1

1

1

1

EX-15-  Prove that :

x

Sin

)

x

(

Sin

)

b

x

1

Cos

x

Sec

)

a

1

1

1

1

Sol.

  

x

Sin

)

x

(

Sin

)

x

(

Sin

y

Siny

x

)

y

(

Sin

x

x

Sin

y

Let

)

b

x

1

Cos

x

Sec

x

1

Cos

y

Cosy

1

x

Secy

x

x

Sec

y

Let

)

a

1

1

1

1

1

1

1

1

٢

١

3


background image

٨١

2-4- Hyperbolic  functions :

Hyperbolic  functions are  used  to  describe 

the motions of waves in elastic solids ; the shapes of electric power lines 
; temperature distributions in metal fins that cool pipes …etc.

The  hyperbolic  sine  (Sinh)  and  hyperbolic  cosine  (Cosh)  are  defined 

by the following equations :

1

u

Csch

u

Coth

and

1

u

Sech

u

tanh

.

5

1

u

Sinh

u

Cosh

.

4

e

e

2

Sinhu

1

Cschu

and

e

e

2

Coshu

1

Sechu

.

3

e

e

e

e

Sinhu

Coshu

Cothu

and

e

e

e

e

Coshu

Sinhu

u

tanh

.

2

)

e

e

(

2

1

Coshu

and

)

e

e

(

2

1

Sinhu

.

1

2

2

2

2

2

2

u

u

u

u

u

u

u

u

u

u

u

u

u

u

u

u

    

Sinhy

.

Sinhx

Coshy

.

Coshx

)

y

x

(

Cosh

.

10

Sinhy

.

Coshx

Coshy

.

Sinhx

)

y

x

(

Sinh

.

9

0

0

Sinh

and

1

0

Cosh

.

8

Sinhu

)

u

(

Sinh

and

Coshu

)

u

(

Cosh

.

7

e

Sinhu

Coshu

and

e

Sinhu

Coshu

.

6

u

u

2

1

x

2

Cosh

x

Sinh

and

2

1

x

2

Cosh

x

Cosh

.

13

x

Sinh

x

Cosh

x

2

Cosh

.

12

Coshx

.

Sinhx

.

2

x

2

Sinh

.

11

2

2

2

2

y=Sinhx

y=Cschx

y=Cschx

0


background image

٩١

0

0

0

1

1

1

1

0

y

:

R

and

0

x

:

D

Cschx

y

1

y

0

:

R

and

x

:

D

Sechx

y

1

y

or

1

y

:

R

and

0

x

:

D

Cothx

y

1

y

1

:

R

and

x

:

D

x

tanh

y

1

y

:

R

and

x

:

D

Coshx

y

y

:

R

and

x

:

D

Sinhx

y

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

y

x

EX-16- Let tanh u = - 7 / 25  , determine the values of the remaining five 

hyperbolic functions .

Sol.-

1

-1

y=tanhx

y=Cothx

0

y=Cothx

1

y=Coshx

0

  

y=Sechx

y


background image

٠٢

7

24

Sinhu

1

Cschu

24

7

Sinhu

24

25

Sinhu

25

7

Coshu

Sinhu

u

tanh

24

25

Sechu

1

Coshu

25

24

Sechu

1

u

Sech

625

49

1

u

Sech

u

tanh

7

25

u

tanh

1

Cothu

2

2

2

EX-17-

Rewrite  the  following  expressions  in  terms  of  exponentials  . 

Write the final result as simply as you can :

4

)

Coshx

Sinhx

(

)

d

x

5

Sinh

x

5

Cosh

)

c

)

x

tanh(ln

)

b

)

x

(ln

Cosh

2

)

a

Sol.-

x

4

4

x

x

x

x

4

x

5

x

5

x

5

x

5

x

5

2

2

x

ln

x

ln

x

ln

x

ln

x

ln

x

ln

e

2

e

e

2

e

e

)

Coshx

Sinhx

(

)

d

e

2

e

e

2

e

e

x

5

Sinh

x

5

Cosh

)

c

1

x

1

x

x

1

x

x

1

x

e

e

e

e

)

x

tanh(ln

)

b

x

1

x

2

e

e

.

2

)

x

(ln

Cosh

2

)

a





EX-18- Solve the equation for x  :   Cosh x = Sinh x + 1 / 2 .

Sol. -  

2

ln

x

2

ln

1

ln

x

2

1

e

2

1

Sinhx

Coshx

x

EX-19 – Verify the following identity :

a) Sinh(u+v)=Sinh u. Cosh v + Cosh u.Sinh v
b) then verify Sinh(u-v)=Sinh u. Cosh v - Cosh u.Sinh v

Sol.-  


background image

١٢

.

S

.

H

.

R

Sinhv

.

Coshu

Coshv

.

Sinhu

)

v

(

Sinh

.

Coshu

)

v

(

Cosh

.

Sinhu

))

v

(

u

(

Sinh

.

S

.

H

.

L

)

b

.

S

.

H

.

L

)

v

u

(

Sinh

2

e

e

2

e

e

2

e

e

2

e

e

.

2

e

e

Sinhv

.

Coshu

Coshv

.

Sinhu

.

S

.

H

.

R

)

a

)

v

u

(

v

u

v

v

u

u

v

v

u

u

EX-20 – Verify the following identities :

v

Cosh

u

Cosh

v

Sinh

u

Sinh

)

d

u

Sinh

4

Sinhu

3

Sinhu

.

u

Cosh

3

u

Sinh

u

3

Sinh

)

c

)

v

u

(

Cosh

)

v

u

(

Cosh

2

1

Coshv

.

Coshu

)

b

)

v

u

(

Sinh

)

v

u

(

Sinh

2

1

Coshv

.

Sinhu

)

a

2

2

2

2

3

2

3

Sol. 

.

S

.

H

.

R

v

Cosh

u

Cosh

)

1

v

Cosh

(

1

u

Cosh

v

Sinh

u

Sinh

.

S

.

H

.

L

)

d

)

II

.(

S

.

H

.

R

u

Sinh

4

Sinhu

3

u

Sinh

)

u

Sinh

1

.(

Sinhu

3

)

I

.(

S

.

H

.

R

u

Sinh

u

Cosh

.

Sinhu

3

Sinhu

).

u

Sinh

u

Cosh

(

Coshu

.

Coshu

.

Sinhu

2

Sinhu

.

u

2

Cosh

Coshu

.

u

2

Sinh

)

u

u

2

(

Sinh

.

S

.

H

.

L

)

c

.

S

.

H

.

L

Coshv

.

Coshu

Sinhv

.

Sinhu

Coshv

.

Coshu

Sinhv

.

Sinhu

Coshv

.

Coshu

2

1

)

v

u

(

Cosh

)

v

u

(

Cosh

2

1

.

S

.

H

.

R

)

b

.

S

.

H

.

L

Coshv

.

Sinhu

Sinhv

.

Coshu

Coshv

.

Sinhu

Sinhv

.

Coshu

Coshv

.

Sinhu

2

1

)

v

u

(

Sinh

)

v

u

(

Sinh

2

1

.

S

.

H

.

R

)

a

2

2

2

2

2

2

3

3

2

3

2

2

2

2-5- Inverse  hyperbolic  functions : 

All  hyperbolic  functions  have 

inverses that are useful in integration and interesting as differentiable 
functions in their own right .


background image

٢٢

y

:

R

x

:

D

x

Sinh

y

y

x

1

0

y

:

R

1

x

:

D

x

Cosh

y

y

x

1

1

  

0

  

١

-

  

١

-1

١

0

y

:

R

1

x

or

1

x

:

D

x

Coth

y

y

x

1

y

:

y

R

1

x

1

:

x

D

x

1

tanh

y

  

١

0

y

:

R

1

x

0

:

D

x

Sech

y

y

x

1

0

y

:

R

0

x

:

D

x

Csch

y

y

x

1


background image

٣٢

Some useful identities :

x

1

Sinh

x

1

x

x

1

ln

x

Csch

.

6

x

1

Cosh

x

x

1

1

ln

x

Sech

.

5

x

1

tanh

1

x

1

x

ln

.

2

1

x

Coth

.

4

x

1

x

1

ln

.

2

1

x

tanh

.

3

)

1

x

x

ln(

x

Cosh

.

2

)

1

x

x

ln(

x

Sinh

.

1

1

2

1

1

2

1

1

1

1

2

1

2

1





EX-21 -  Derive the formula :

)

1

x

x

ln(

x

Sinh

2

1

Sol.-

)

1

x

x

ln(

y

or

0

1

x

x

ce

sin

neglected

)

1

x

x

ln(

y

either

1

x

x

e

2

4

x

4

x

2

e

0

1

e

.

x

2

e

e

2

1

e

x

2

e

e

Sinhy

x

x

Sinh

y

Let

2

2

2

2

y

2

y

y

y

2

y

y

2

y

y

1


background image

٤٢

Problems – 2

1. A body  of unknown temperature was  placed  in a room that was held  at 

30

o

.  After  10 minutes  ,  the  body's  temperature  was  0

o

,  and  20

minutes  after  the  body  was  placed  in  the  room  the  body's  temperature 
15

o

.  Use  Newton's  law  of  cooling  to  estimate the  body's  initial 

temperature .                                                                           (ans.:-30

o

F)

2. A pan of warm water 46

o

was put in a refrigerator . Ten minutes later , 

the water's temperature was 39

o

10 minutes after that , it was 33

o

Use Newton's law of cooling to estimate how cold the refrigerator was ?

                                                                                                        (ans.:-3

o

C)

3. Solve the following equations for values of θ from -180

o

to 180

o

inclusive:

i) tan

2

θ + tan θ = 0                         ii) Cot θ= 5 Cos θ

iii) 3 Cos θ + 2 Sec θ + 7 = 0          iv) Cos

2

θ + Sin θ + 1 = 0

(ans.:i)-180,-45,0,135,180; ii)-90,11.5,90,168.5; iii)-109.5,109.5; iv)-90)  

4. Solve the following equations for values of θ from 0

o

to 360

o

inclusive:

i) 3 Cos 2θ – Sin θ + 2 = 0               ii)  3 tan θ = tan 2θ
iii) Sin 2θ. Cos θ + Sin

2

θ = 1           iv)  3 Cot 2θ + Cot θ = 1

(ans.:i)56.4,123.6,270; 

ii)0,30,150,180,210,330,360; 

iii)30,90,150,270; 

iv)45,121,225,301)

5. If Sin θ = 3/ 5 , find without using tables the values of :

i) Cos θ          ii) tan θ                                                 (ans.: i) 4/5 ; ii) 3/4 )

6. Find, without using tables, the values of Cos x and Sin x , when Cos 2x is :

a) 1/8    , b) 7/25   ,  c) -119/169      

)

13

12

,

13

5

)

c

;

5

3

,

5

4

)

b

;

4

7

,

4

3

)

a

:

.

ans

(

7.  If  Sin  A  =  3/5 and  Sin  B  =  5/13 , where  and  are  acute  angles  ,  find 

without using tables , the values of :
a) Sin(A+B) ,  b) Cos(A+B)  ,  c) Cot(A+B)      (ans.: 56/65; 33/65; 33/56) 

8. If tan A = -1/7  and tan B = 3/4 , where is obtuse and is acute , find 

without using tables the value of  A – B  .                                    (ans.: 135 )

9.Prove the following identities :


background image

٥٢

B

tan

)

B

A

(

Sin

)

B

A

(

Sin

)

B

A

(

Cos

)

B

A

(

Cos

)

v

Sin

Sec

Cos

tan

Sin

Sec

)

iv

)

tan

Sec

(

Sin

1

Sin

1

)

iii

Cos

Sec

)

Sec

1

(

Sin

)

ii

Csc

.

Sec

Csc

Sec

)

i

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

h

Sin

x

Cos

h

Sin

.

x

tan

x

tan

)

h

x

tan(

)

h

x

tan(

2

1

)

viii

C

tan

.

B

tan

.

A

tan

C

tan

B

tan

A

tan

:

that

show

,

triangle

a

of

angles

are

C

,

B

,

A

If

B

tan

.

A

tan

A

tan

.

C

tan

C

tan

.

B

tan

1

C

tan

.

B

tan

.

A

tan

C

tan

B

tan

A

tan

)

C

B

A

tan(

)

vii

)

B

A

(

Sin

.

SinA

)

B

A

(

Cos

.

CosA

CosB

)

vi

2

2

2

A

tan

3

1

A

tan

A

tan

3

A

3

tan

)

xiii

A

4

Sin

3

A

3

Sin

.

A

Cos

4

A

3

Cos

.

A

Sin

4

)

xii

)

3

4

Cos

(

4

1

Cos

Sin

)

xi

A

2

tan

1

A

2

Cos

A

4

Cos

A

2

Sin

A

4

Sin

)

x

x

2

Cos

1

x

2

Cos

1

x

tan

)

ix

2

3

3

3

4

4

Sinhv

.

Sinhu

Coshv

.

Coshu

)

v

u

(

Cosh

verify

then

and

Sinhv

.

Sinhu

Coshv

.

Coshu

)

v

u

(

Cosh

)

xvi

x

tan

2

x

Cot

)

xv

x

Cos

)

x

(

Cos

)

xiv

1

1

1

1

Sinhnx

Coshnx

)

Sinhx

Coshx

(

)

xx

Coshu

3

u

Cosh

4

Coshu

.

u

Sinh

4

Coshu

u

3

Cosh

)

xix

)

v

u

(

Cosh

)

v

u

(

Cosh

2

1

Sinhv

.

Sinhu

)

xviii

)

v

u

(

Sinh

)

v

u

(

Sinh

2

1

Sinhv

.

Coshu

)

xvii

n

3

2

10. If 

Cos

Sin

1

u

, prove that 

Cos

Sin

1

u

1

and deduce formula for Sinθ , 

Cosθ , tanθ  in terms of u.    (ans.:(u

2

-1)/(u

2

+1); 2u/(u

2

+1);(u

2

-1)/(u

2

+1))


background image

٦٢

11. If 

)

x

(

Cos

2

)

x

(

Sin

prove that : 

tan

2

1

tan

2

x

tan

.

12. If 

)

x

(

Cos

)

x

(

Sin

prove that : 

1

x

tan

 .

13. If 

2

Sin

Sin

y

and

2

Cos

Cos

x

. Show that :

4

Sin

3

Sin

2

2

Sin

xy

2

)

ii

4

Cos

3

Cos

2

2

Cos

y

x

)

i

2

2

14. If 

2

Cos

B

2

Cos

.

A

2

Cos

, prove that :

2

2

2

2

2

Sin

B

Sin

.

A

Cos

B

Cos

.

A

Sin

15. If S = Sin θ  and  C = Cos θ , simplify :

       

C

S

S

C

)

iii

,

C

1

.

C

S

1

.

S

)

ii

,

S

1

C

.

S

)

i

2

2

2

                                                                   (ans.:i) Sinθ; ii)1; iii) Secθ.Cscθ)

16. Eliminate θ from the following equations :

2

tan

y

and

tan

x

)

iv

tan

Sin

y

and

tan

Sin

x

)

iii

Cos

Sin

y

and

Cos

Sin

x

)

ii

Sec

.

b

y

and

Csc

.

a

x

)

i

        

)

x

1

x

2

y

)

iv

;

1

)

y

x

(

4

)

y

x

(

4

)

iii

;

2

y

x

)

ii

;

1

y

b

x

a

)

i

:

.

ans

(

2

2

2

2

2

2

2

2

2

17. In the acute – angled triangle OPQ , the altitude OR makes angles and 

with  OP and  OQ .  Show  by  means  of  areas  that  if  OP=q  ,  OQ=p , 
OR=r 
p.q.Sin(A+B) = q.r.SinA + p.r. SinB.

18. Given that 

2

1

Sin

1

, find Cosα , tanα , Secα , and Cscα.

                                                                                 

)

2

;

3

2

;

3

1

;

2

3

:

.

ans

(

19. Evaluate the following expressions :


background image

٧٢

)

6

Sin

(

Cos

)

f

)

8

.

0

Sin

(

Cos

)

e

)

1

(

Sin

1

Sin

)

d

)

0

Cos

(

Cot

)

c

)

2

Sec

(

Csc

)

b

)

2

1

Cos

(

Sin

)

a

1

1

1

1

1

1

1

)

3

/

2

;

6

.

0

;

;

0

;

3

/

2

;

2

/

1

:

.

ans

(

20. Find the angle α  in the below graph ( Hint : α+β = 65

o

) :

                                       (ans.: 42.2)

21. Let Sech u = 3/5 , determine the values of the remaining five hyperbolic 

functions .

      

)

4

/

3

Cschu

;

4

/

5

Cothu

;

5

/

4

u

tanh

;

3

/

4

Sinhu

;

3

/

5

Coshu

:

.

ans

(

22.  Rewrite  the  following  expressions  in  terms  of  exponentials  ,  write  the 

final result as simply as you can :

)

Sinhx

Coshx

ln(

)

Sinhx

Coshx

ln(

)

d

x

3

Sinh

x

3

Cosh

)

c

Sinhx

Coshx

1

)

b

)

x

ln

.

2

(

Sinh

)

a

                                                                       (ans.:(x

4

-1)/(2x

2

); e

x

; e

--3x

; 0 )

23. Solve the equation for tanh x = 3/5  .                                 (ans.: ln 2 )

24. Show that the distance  from the origin to the point P(Coshu,Sinhu)

on the hyperbola  x

2

– y

2

= 1 is 

u

2

Cosh

r

.

25. If θ lies in the interval 

2

2

and Sinh x = tan θ . Show that : 

Cosh x = Sec θ  ,  tanh x =Sin θ  ,  Coth x = Csc θ  , Csch x = Cot θ , and 
Sech x = Cos θ . 

26. Derive the formula : 

1

x

;

x

1

x

1

ln

2

1

x

tanh

1

27. Find : 

x

ln

x

Cosh

lim

1

x

.                                                      (ans.: ln 2 )           

α

65

o

٠٥

  

١٢

β




رفعت المحاضرة من قبل: Karrar Shannow
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