Enunciado

27. Prove a equação 5 usando (a) o método do Exemplo 3 e (b) o Exercicio 18 com x substituído por y.

Passo 1

A equação 5 é a seguinte:

tgh - 1 ⁡ x = 1 2 ln ⁡ 1 + x 1 - x

E devemos resolve-la usando o método do exemplo 3 que é fazer x = tgh - 1 ⁡ y e então resolver a expressão para encontrar um valor de y .

Vamos lá?

Usando o método usado no Exemplo 3:

Seja y = tgh - 1 ⁡ x . Então

x = tgh ⁡ y

x = senh ⁡ y cosh ⁡ y

E substituindo pela definição de seno e cosseno hiperbólico fica:

x = e y - e - y 2 e y + e - y 2

Simplificando a divisão por 2:

x = e y - e - y e y + e - y

Para simplificar essa expressão podemos multiplicar em cima e embaixo por e y :

x = e 2 y - 1 e 2 y + 1

Vamos isolar o e 2 y

x e 2 y + 1 = e 2 y - 1

x e 2 y + x = e 2 y - 1

e 2 y - x e 2 y = x + 1

Colocando o e 2 y e evidência:

e 2 y 1 - x = 1 + x

e 2 y = 1 + x 1 - x

Aplicando a definição de logaritimo dos dois lados temos:

ln ⁡ e 2 y = ln ⁡ 1 + x 1 - x

Pela regra do peteleco, temos:

2 y ln ⁡ e = ln ⁡ 1 + x 1 - x

E por definição o logaritmo de uma exponencial de mesma base vale 1 , temos:

2 y = ln ⁡ 1 + x 1 - x

Portanto,

y = 1 2 ⋅ ln ⁡ 1 + x 1 - x

y = tgh - 1 ⁡ x = 1 2 ⋅ ln ⁡ 1 + x 1 - x

Prontinho!

Passo 2

Na letra b dessa questão, temos que resolver o exercício 18 substituindo x por y .

Do exercício 18, temos:

1 + tgh ��� x 1 - tgh ⁡ x = e 2 x

Mas como x = tanh ⁡ y , vamos reescrever a expressão acima para:

1 + tgh ⁡ y 1 - tgh ⁡ y = e 2 y

então

1 + x 1 - x = e 2 y

Aplicando o logaritimo:

2 y = ln ⁡ 1 + x 1 - x

y = 1 2 ⋅ ln ⁡ 1 + x 1 - x

Como x = t g h   y , também podemos dizer que y = t g h - 1 x , logo:

y = tgh - 1 ⁡ x = 1 2 ⋅ ln ⁡ 1 + x 1 - x

Provamos por esse caminho aqui também

Resposta

Resolução nos Passos

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