Регистрация не е нужна, освен при създаване на тема в "Задача на седмицата".

Integral Inequality

Integral Inequality

Мнениеот man111 » 05 Май 2022, 14:18

How can i prove [tex]\displaystyle \frac{3}{4}<\int^{1}_{0}\frac{1}{1+x^4}dx<1[/tex], please help me

Thanks
man111
Фен на форума
 
Мнения: 197
Регистриран на: 11 Дек 2010, 06:51
Рейтинг: 15

Re: Integral Inequality

Мнениеот nikola.topalov » 05 Май 2022, 16:04

There is a similar inequality here: https://www.stumblingrobot.com/2015/12/ ... of-1-1-x4/
Затворник във ФМИ
nikola.topalov
Напреднал
 
Мнения: 377
Регистриран на: 12 Авг 2021, 02:18
Рейтинг: 521

Re: Integral Inequality

Мнениеот Davids » 05 Май 2022, 22:01

man111 написа:How can i prove [tex]\displaystyle \frac{3}{4}<\int^{1}_{0}\frac{1}{1+x^4}dx<1[/tex], please help me

Thanks

Well, compared to the results in the reply above, I found my approach rather simple, but here's what I think...

1. First, we'll consider the RHS:
$\int_0^1\frac{1}{1+x^4}dx < 1$

Now, since $1 = \int_0^1dx$, then we can express the inequality as follows:
$\int_0^1\frac{1}{1+x^4}dx < \int_0^1dx$
$\int_0^1\left(\frac{1}{1+x^4} - 1\right)dx < 0$
$\int_0^1\frac{-x^4}{1+x^4}dx < 0$

Which is obviously true, since our integrand is negative (not only for $x \in [0, 1]$, but also over its whole domain).

2. Now let's proceed with the LHS:
$\int_0^1\frac{1}{1+x^4}dx > \frac{3}{4}$

For that purpose, we can simply observe that for $x\in(0, 1)$:
$x^4 < x^2 \Longrightarrow \frac{1}{1+x^4} > \frac{1}{1 + x^2}$
$\Longrightarrow \int_0^1\frac{1}{1+x^4}dx > \int_0^1\frac{1}{1+x^2}dx = \arctan(x)\Bigg|_0^1 = \arctan(1) - \arctan(0) = \frac{\pi}{4} > \frac{3}{4}$

Which concludes the proof. But yet again, this seemed rather simpler than I expected, so... if something appers to be off, let me know :lol:
*Нещо непосредствено и интересно, привличащо вниманието на читателя и оставящо го с приятна топла усмивка на лицето.*
----
Вече не го правя само за точката. :lol:
Davids
Математик
 
Мнения: 2394
Регистриран на: 16 Ное 2015, 11:47
Рейтинг: 2552


Назад към Състезания за 9 - 12 клас



Кой е на линия

Регистрирани потребители: Google [Bot]

Форум за математика(архив)