AP Inter 1st Year Maths 1B Solutions Chapter 9 అవకలనం Ex 9(d)

Practicing the Intermediate 1st Year Maths 1B Textbook Solutions Chapter 9 అవకలనం Exercise 9(d) will help students to clear their doubts quickly.

AP Inter 1st Year Maths 1B Solutions Chapter 9 అవకలనం Exercise 9(d)

అభ్యాసం – 9 (డి)

I.

ప్రశ్న 1.
y = \(\frac{2 x+3}{4 x+5}\) అయితే y” కనుక్కోండి.
సాధన:
y = \(\frac{2 x+3}{4 x+5}\)
x దృష్ట్యా అవకలనము చేయగా,

ప్రశ్న 2.
y = ae^nx + be^-nx అయితే y” = n²y అని చూపండి. [A.P Mar. ’15]
సాధన:
y = ae^nx + be^-nx
y₁ = na e^nx – nb e^-nx
y₂ = n² . ae^nx + n² be^-nx
y” = n² (ae^nx + b.e^-nx) = n^nxy

II.

ప్రశ్న 1.
క్రింది ప్రమేయాలు ల రెండో పరిమాణం అవకలజాలను కనుకోండి .
i) cos³ x
సాధన:
y = cos³ x = \(\frac{1}{4}\) [cos 3x + 3 cos x]
y’ = \(\frac{1}{4}\) [-3 sin 3x – 3 sin x]
y” = \(\frac{1}{4}\) (-9 cos 3x – 3 cos x)
= –\(\frac{1}{4}\) (3 cos x + 9 cos 3x)
= –\(\frac{3}{4}\) (cos x + 3 cos 3x)

ii) sin⁴ x
సాధన:
y = sin⁴x = (sin²x)² = \(\frac{(1-\cos 2 x)^2}{2}\)
= \(\frac{1}{4}\) [1 – 2 cos 2x + cos² 2x)
= \(\frac{1}{4}\) [1 – 2 cos 2x + \(\frac{1+\cos 4 x}{2}\)]
= \(\frac{1}{8}\) 2 – 4 cos 2x + 1 + cos 4x]
= \(\frac{1}{8}\) (3 – 4 cos 2x + cos 4x)
y’ = \(\frac{1}{8}\) (8 sin 2x – 4 sin 4x)
y” = \(\frac{1}{8}\) (16 cos 2x – 16 cos 4x)
= 2 (cos 2x – cos 4x)

iii) log (4x² – 9)
సాధన:
y = log (4x² – 9)
= log (2x – 3) (2x + 3)
= log (2x – 3)+ log (2x + 3)

iv) e^-2x sin³ x
సాధన:
y = e^-2x . sin³x
y’ = e^-2x (3 sin² x. cos x) + sin³ x (e^-2x) (-2)
= e^-2x [3 sin² x. cos x – 2 sin³x)
\(\frac{\mathrm{d}^{2} \mathrm{~y}}{\mathrm{dx}^{2}}\) = e^-2x (3 sin² x (- sin x) + 3 cos x (2 sin x) cos x 6 sin² x cos x) – 2. e^-2x [3 sin² x. cos x – 2 sin³ x]
= e^-2x [6 sin x – cos²x – 6 sin² x . cos x – 3 sin³ x – 6 sin² x. cos x + 4 sin³ x)
= e^-2x [sin³ x – 12 sin²x.cos x + 6 sin x.cos²x)

v) e^x sin x cos 2x
సాధన:
y = e^x sin x cos 2x = \(\frac{e^x}{2}\) (2 cos 2x sin x)
= \(\frac{e^x}{2}\) (sin 3x – sin x)
y’ = \(\frac{1}{2}\) [e^x (3 cos 3x – cos x) + e^x (sin 3x – sin x)
y” = \(\frac{1}{2}\) [e^x (- 9 sin 3x + sin x) + e^x
(3 cos 3x – cos x) + e^x (3 cos 3x – cos x) + e^x (sin 3x – sin x)]
= \(\frac{e^x}{2}\) [-9 sin 3x + sin x + 3 cos 3x – cos x + 3 cos 3x cos x + sin 3x – sin x]
= \(\frac{e^x}{2}\) [6 cos 3x – 8 sin 3x – 2 cos x]
= e^x [3 cos 3x – 4 sin 3x – cos x]

vi) Tan^-1\(\left[\frac{1+x}{1-x}\right]\)
సాధన:
y = Tan^-1\(\left[\frac{1+x}{1-x}\right]\)
x = tan θ ప్రతిక్షేపించగా,
y = tan^-1\(\left(\frac{\tan \frac{\pi}{4}+\tan \theta}{1-\tan \frac{\pi}{4} \cdot \tan \theta}\right)\)
= tan^-1\(\left(\tan \left(\frac{\pi}{4}+\theta\right)\right)=\frac{\pi}{4}+\theta\)
∴ f(x) = \(\frac{\pi}{4}\) + tan^-1 (x)
x దృష్ట్యా అవకలనం చేయగా,
f'(x) = 0 + \(\frac{1}{1+x^2}\)
f” (x) = (-1) (1 + x²)^-2(2x)
∴ f”(x) = \(\frac{-2 x}{\left(1+x^2\right)^2}\)

vii) tan^-1\(\left(\frac{3 x-x^3}{1-3 x^2}\right)\)
సాధన:
f(x) = tan^-1\(\left(\frac{3 x-x^3}{1-3 x^2}\right)\); x = tan θ ప్రతిక్షేపించగా,
f(x)= tan^-1\(\left(\frac{3 \tan \theta-\tan ^3 \theta}{1-3 \tan ^2 \theta}\right)\)
= tan^-1 (tan 3θ) = 3θ
∴ f(x) = 3 tan^-1 (x)
f'(x) = 3 \(\left(\frac{1}{1+x^2}\right)=\frac{3}{1+x^2}\)
x దృష్ట్యా మరల’ అవకలనం చేయగా,
f”(x) = (3) (-1) (1 + x²)^-2 (2x)
⇒ f”(x) = \(\frac{-6 x}{\left(1+x^2\right)^2}\).

ప్రశ్న 2.
క్రింది వాటిని నిరూపించండి.

i) y = ax^{n + 1} + bx^-n అయితే x²y” = n(n + 1) y.
సాధన:
y = ax^{n + 1} + bx^-n
y₁ = (n + 1). axⁿ – n bx^-n-1
y₂ = n(n + 1). ax^n-1 + n(n + 1) bx^-n-2
∴ x²y₂ = n(n + 1) ax^{n + 1} + n(n + 1) bx^-n
= n(n + 1) (ax^{n + 1} + bx^-n) = n(n + 1) y
∴ x²y” = n(n + 1) y

ii) y = a cos x + (b + 2x) sin x, అయితే y” + y = 4 cos x
సాధన:
\(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\) = y’ a(-sin x) + (b + 2x) \(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{dx}}\) (sin x) + sin x \(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{dx}}\) (b + 2x)
= – a sin x + (b + 2x) cos x + sin x. 2
\(\frac{\mathrm{d}^{2} \mathrm{~y}}{\mathrm{dx}^{2}}\) = y” = – a cos x + (b + 2x) (- sin x) + cos x (2) + 2 cos x
L.H.S.= y” + y = -a cos x + (b + 2x) (- sin x) + 2 cos x + 2 cos x + a cos x + (b + 2x) sin x = 4 cos x

iii) y = 6 (x + 1) + (a + bx) e^3x అయితే y” – 6y’ + 9y = 54 x + 18
సాధన:
y’ = 6 \(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{dx}}\) (x + 1) + (a + bx) \(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{dx}}\) (e^3x) + e^3x \(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{dx}}\) (a + bx)
= 6(1) + (a + bx) 3e^3x + e^3x . b
y” = 0 + 3 (a + bx) \(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{dx}}\) e^3x + 3e^3x \(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{dx}}\) (a + bx) + b \(\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{dx}}\) 3e^3x
= 3(a + bx) 3e^3x + 3e^3x(b) + b. 3e^3x
= 9(a + bx) e^3x + 6b e^3x
ఇప్పుడు L.H.S.
= y” – 6y’ + 9y = 9(a + bx) e^3x + 6be^3x – 6[6 + 3(a + bx)e^3x + be^3x] + 9 [6(x + 1) + (a + bx) e^3x]
= 9(a + bx) e^3x + 6b e^3x – 36 – 18(a + bx) e^3x – 6be^3x + 54x + 54 + 9(a + bx) e^3x
= 54x + 18

iv) ay⁴ = (x + b)⁵ అయితే 5y y” = (y’)²
సాధన:
ay⁴ = (x + b)⁵; y⁴ = \(\frac{(x+b)^5}{a}\)

v) y = a cos (sin x) + b sin (sin x) అయితే y” + (tan x) y’ + y cos² x = 0
సాధన:
y = a cos (sin x) + b sin (sin x) ………………. (1)
x దృష్ట్యా అవకలనం చేయగా,
У₁ = a sin (sin x) cos x + b cos (sin x). cos x
= [-a sin (sin x) + b cos (sin x)] cos x ……………. (2)
x దృష్ట్యా మరల అవకలనం చేయగా,
y₂ = – sin x [-a sin (sin x) + b cos (sin x)] + cos x[-a cos (sin x) cos x-b sin (sin x) cos x]
= – sin x . \(\frac{y_1}{\cos x}\) cos² x.y
⇒ y₂ + (tan x) y₁ + y cos² x = 0

III.

ప్రశ్న 1.

i) y = 128 sin³x cos⁴ x అయితే y” ని కనుక్కొండి .
సాధన:
f(x) = 128 sin³ x cos⁴ x
= 16 (2 sin x cos x)³ cos x
= 16 (sin³ 2x) cos x
∵ sin 3x = 3 sin x – 4 sin³ x
⇒ sin³ x = \(\frac{3 \sin x-\sin 3 x}{4}\)
= 16 \(\left[\frac{3 \sin 2 x-\sin 6 x}{4}\right]\) cos x
= 4 (3 sin 2x cos x – sin 6x cos x]
= 6 (2 sin 2x cos x) – 2(2 sin 6x cos x)
6 (sin 3x + sin x) – 2 (sin 7x + sin 5x)
= 6 sin 3x + 6 sin x-2 sin 7x – 2 sin 5x
f'(x) = 6 (3) cos 3x + 6 cos x – 2 (cos 7x) 7 – 2 cos 5x (5)
∴ f'(x) = 18 cos 3x + 6 cos x – 14 cos 7x – 10 cos 5x
x దృష్ట్యా మరల అవకలనం చేయగా,
f”(x) 18 (-sin 3x) 3 + 6 (- sin x) – 14(-sin 7x) 7 – 10(- sin 5x) 5
∴ f”(x) = -54 sin 3x – 6 sin x + 98 sin 7x + 50 sin 5x

ii) y = sin 2x sin 3x sin 4x అయితే y” ని కనుక్కొండి.
సాధన:
f(x) = sin 2x sin 3x sin 4x
= \(\frac{1}{2}\) [2 sin 2x sin 4x] sin 3x
= \(\frac{1}{2}\) [cos (2x) – cos 6x] sin 3x
= \(\frac{1}{4}\) [2 sin 3x cos 2x – 2 sin 3x cos 6x]
= \(\frac{1}{4}\) [(sin 5x + sin x) – (sin 9x – sin 3x)]
= \(\frac{1}{4}\) [sin 5x + sin x + sin 3x – sin 9x]
∴ f(x) = \(\frac{1}{4}\) [sin x + sin 3x + sin 5x – sin 9x]
x దృష్ట్యా అవకలనం చేయగా,
f'(x) = \(\frac{1}{4}\) [cos x + cos 3x (3) + cos 5x (5) – (cos 9x) (9)]
x దృష్ట్యా అవకలనం చేయగా,
f”(x) = [- sin x – 9 sin 3x – 25 sin 5x + 81 sin 9x]

iii) ax² + 2hxy + by² = 1 అయితే \(\frac{d^2 y}{d x^2}=\frac{h^2-a b}{(h x+b y)^3}\) అని చూపండి.
సాధన:
ax² + 2hxy + by² = 1
x దృష్ట్యా అవకలనం చేయగా,
a. 2x + 2h \(\left(x \cdot \frac{d y}{d x}+y\right)\) + b . 2y \(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\) = 0
2ax + 2hx. \(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\) + 2hy + 2by . \(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\) = 0
2(hx + by) . \(\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}\) = -2(ax + hy)

iv) y = ae^-bx cos(cx + d), అయితే y” + 2by’ + (b² + c²) y = 0 అని చూపండి.
సాధన:
y = ae^-bx cos(cx + d) కనుక …………… (1)
y₁ = a[e^-bx {- sin (cx + d)} . c. + cos (cx + d) e^-bx (-b)}
= – a. e^-bx [c sin (cx + d) + b cos (cx + d)]
= – ac.e^-bx sin (cx + d) – by
y₁ + by = -ac. e^-bx sin (cx + d) …………… (2)
x దృష్ట్యా మరల అవకలనం చేయగా,
y₂ + by₁ = – ac(-b) e^-bx sin (cx + d) – ac e^-bx cos (cx + d) (+ c)
= abce^-bx sin (cx + d) – ac² e^-bx cos (cx + d)
= -b (y₁+ by) – c²y [(1), (2) నుండి]
⇒ y₂ + by₁ + by₁ + b²y + c²y = 0
⇒ y₂ + 2by₁ + (b² + c²) y = 0

v) y = \(e^{\frac{-k}{2} x}\) (a cos nx + b sin nx) అయితే y” + ky’+ \(\left(n^2+\frac{k^2}{4}\right)\) y = 0 అని చూపండి.
సాధన:
దత్తాంశం ప్రకారం y = \(e^{\frac{-k}{2} x}\) (a cos nx + b sin nx) ……………. (1)
∴ y₁ = \(e^{\frac{-k}{2} x}\) (-n. a sin nx+n. b cos nx) + (a cos nx + b sin nx). \(e^{\frac{-k}{2} x}\left(-\frac{k}{2}\right)\)
= –\(\frac{k}{2}\) . y . e^-kx/2 (a sin nx + b cos nx)
∴ y₁ + \(\frac{k}{2}\) y = -ne^-kx/2 (a sin nx + b cos nx) …………… (2)
X దృష్ట్యా అవకలనం చేయగా,