Let tan − 1 ( − 1 ) = θ \tan^{-1}(-1) = \theta tan − 1 ( − 1 ) = θ then tan θ = − 1. \tan\theta = -1. tan θ = − 1. Also, − π 2 < θ < π 2 -\frac{\pi}{2}< \theta < \frac{\pi}{2} − 2 π < θ < 2 π
The only value in this range which satisfied this equation is − π 4 . -\frac{\pi}{4}. − 4 π .
Let cot − 1 ( − 1 ) = θ , \cot^{-1}(-1) = \theta, cot − 1 ( − 1 ) = θ , then cot θ = − 1 \cot\theta = -1 cot θ = − 1 and 0 < θ < π 0<\theta<\pi 0 < θ < π
⇒ θ = 3 π 4 \Rightarrow \theta = \frac{3\pi}{4} ⇒ θ = 4 3 π
Let sin − 1 ( − 3 2 ) = θ \sin^{-1}\left(-\frac{\sqrt{3}}{2}\right) = \theta sin − 1 ( − 2 3 ) = θ then sin θ = − 3 2 \sin\theta = -\frac{\sqrt{3}}{2} sin θ = − 2 3
Also, − π 2 ≤ θ ≤ π 2 ⇒ θ = − π 3 -\frac{\pi}{2}\leq \theta\leq \frac{\pi}{2} \Rightarrow \theta = -\frac{\pi}{3} − 2 π ≤ θ ≤ 2 π ⇒ θ = − 3 π
sin [ π 3 − sin − 1 ( − 1 2 ) ] \sin\left[\frac{\pi}{3} -\sin^{-1}\left(-\frac{1}{2}\right)\right] sin [ 3 π − sin − 1 ( − 2 1 ) ]
= sin [ π 3 − { − sin − 1 1 2 } ] =\sin\left[\frac{\pi}{3} -\{-\sin^{-1}\frac{1}{2}\}\right] = sin [ 3 π − { − sin − 1 2 1 } ]
= sin [ π 3 + π 6 ] = 1 = \sin\left[\frac{\pi}{3} + \frac{\pi}{6}\right] = 1 = sin [ 3 π + 6 π ] = 1
sin [ cos − 1 ( − 1 2 ) ] = sin [ π − cos − 1 1 2 ] \sin\left[\cos^{-1}\left(-\frac{1}{2}\right)\right] = \sin\left[\pi - \cos^{-1}\frac{1}{2}\right] sin [ cos − 1 ( − 2 1 ) ] = sin [ π − cos − 1 2 1 ]
= sin 2 π 3 = 3 2 = \sin\frac{2\pi}{3} = \frac{\sqrt{3}}{2} = sin 3 2 π = 2 3
sin [ tan − 1 ( − 3 ) + cos − 1 − 3 2 ] \sin\left[\tan^{-1}(-\sqrt{3}) + \cos^{-1}\frac{-\sqrt{3}}{2}\right] sin [ tan − 1 ( − 3 ) + cos − 1 2 − 3 ]
= sin [ − π 3 + π − π 6 ] = \sin\left[-\frac{\pi}{3} + \pi- \frac{\pi}{6}\right] = sin [ − 3 π + π − 6 π ]
= sin π 2 = 1 = \sin\frac{\pi}{2} = 1 = sin 2 π = 1
Given expression is tan [ 1 2 cos − 1 5 3 ] \tan\left[\frac{1}{2}\cos^{-1}\frac{\sqrt{5}}{3}\right] tan [ 2 1 cos − 1 3 5 ]
Let cos − 1 5 3 = 2 θ \cos^{-1}\frac{\sqrt{5}}{3} = 2\theta cos − 1 3 5 = 2 θ then cos 2 θ = 5 3 \cos2\theta = \frac{\sqrt{5}}{3} cos 2 θ = 3 5
⇒ 1 − tan 2 θ 1 + tan 2 θ = 5 3 \Rightarrow \frac{1 - \tan^2\theta}{1 + \tan^2\theta} = \frac{\sqrt{5}}{3} ⇒ 1 + t a n 2 θ 1 − t a n 2 θ = 3 5
By componendo and dividendo 2 tan 2 θ 2 = 3 − 5 3 + 5 \frac{2\tan^2\theta}{2} = \frac{3 - \sqrt{5}}{3 + \sqrt{5}} 2 2 t a n 2 θ = 3 + 5 3 − 5
⇒ tan θ = ± ( 3 − 5 2 ) \Rightarrow \tan\theta = \pm\left(\frac{3 - \sqrt{5}}{2}\right) ⇒ tan θ = ± ( 2 3 − 5 )
Given 0 ≤ 2 θ ≤ π ⇒ 0 ≤ θ ≤ π 2 0 \leq 2\theta \leq \pi \Rightarrow 0\leq \theta \leq \frac{\pi}{2} 0 ≤ 2 θ ≤ π ⇒ 0 ≤ θ ≤ 2 π
i.e. θ \theta θ lies in first quadrant. ⇒ tan θ = 3 − 5 2 \Rightarrow \tan\theta = \frac{3 - \sqrt{5}}{2} ⇒ tan θ = 2 3 − 5
Given expression is sin − 1 ( sin 2 π 3 ) \sin^{-1}\left(\sin\frac{2\pi}{3}\right) sin − 1 ( sin 3 2 π )
Let sin − 1 ( sin 2 π 3 ) = θ \sin^{-1}\left(\sin\frac{2\pi}{3}\right) = \theta sin − 1 ( sin 3 2 π ) = θ
then sin θ = sin 2 π 3 \sin\theta = \sin\frac{2\pi}{3} sin θ = sin 3 2 π and − π 2 ≤ θ ≤ π 2 -\frac{\pi}{2}\leq\theta\leq \frac{\pi}{2} − 2 π ≤ θ ≤ 2 π
= sin ( π − π 3 ) = sin π 3 ⇒ θ = π 3 =\sin\left(\pi - \frac{\pi}{3}\right) = \sin\frac{\pi}{3} \Rightarrow \theta = \frac{\pi}{3} = sin ( π − 3 π ) = sin 3 π ⇒ θ = 3 π
sin − 1 ( sin 2 π 3 ) = π 3 \sin^{-1}\left(\sin\frac{2\pi}{3}\right) = \frac{\pi}{3} sin − 1 ( sin 3 2 π ) = 3 π
Let sin − 1 3 2 = θ ⇒ sin θ = 3 2 \sin^{-1}\frac{\sqrt{3}}{2} = \theta \Rightarrow \sin\theta = \frac{\sqrt{3}}{2} sin − 1 2 3 = θ ⇒ sin θ = 2 3
⇒ θ = π 3 \Rightarrow \theta = \frac{\pi}{3} ⇒ θ = 3 π − π 2 ≤ θ ≤ π 2 -\frac{\pi}{2}\leq\theta\leq \frac{\pi}{2} − 2 π ≤ θ ≤ 2 π
Let tan − 1 − 1 3 = θ \tan^{-1}\frac{-1}{\sqrt{3}} =\theta tan − 1 3 − 1 = θ
then tan θ = − 1 3 = tan ( − π 3 ) \tan\theta = \frac{-1}{\sqrt{3}} =\tan\left(\frac{-\pi}{3}\right) tan θ = 3 − 1 = tan ( 3 − π )
⇒ θ = − π 3 \Rightarrow \theta = -\frac{\pi}{3} ⇒ θ = − 3 π
Let cot − 1 ( − 3 ) = θ ⇒ cot θ = − 3 \cot^{-1}(-\sqrt{3}) = \theta \Rightarrow \cot\theta = -\sqrt{3} cot − 1 ( − 3 ) = θ ⇒ cot θ = − 3
cot θ = cot ( π − π 6 ) \cot\theta = \cot\left(\pi - \frac{\pi}{6}\right) cot θ = cot ( π − 6 π )
θ = 5 π 6 \theta = \frac{5\pi}{6} θ = 6 5 π
Let cot − 1 cot 5 π 4 = θ ⇒ cot θ = cot ( π + π 4 ) \cot^{-1}\cot\frac{5\pi}{4} = \theta \Rightarrow \cot\theta = \cot\left(\pi + \frac{\pi}{4}\right) cot − 1 cot 4 5 π = θ ⇒ cot θ = cot ( π + 4 π )
cot θ = cot π 4 ⇒ θ = π 4 \cot\theta = \cot\frac{\pi}{4} \Rightarrow \theta = \frac{\pi}{4} cot θ = cot 4 π ⇒ θ = 4 π
Let tan − 1 ( tan 3 π 4 ) = θ \tan^{-1}\left(\tan\frac{3\pi}{4}\right) = \theta tan − 1 ( tan 4 3 π ) = θ
⇒ tan θ = tan 3 π 4 = tan ( π − π 4 ) \Rightarrow \tan\theta = \tan\frac{3\pi}{4} = \tan\left(\pi - \frac{\pi}{4}\right) ⇒ tan θ = tan 4 3 π = tan ( π − 4 π )
⇒ θ = − π 4 \Rightarrow \theta = -\frac{\pi}{4} ⇒ θ = − 4 π
sin − 1 1 2 + cos − 1 1 2 = π 6 + π 3 = π 2 \sin^{-1}\frac{1}{2} + \cos^{-1}\frac{1}{2} = \frac{\pi}{6} + \frac{\pi}{3} = \frac{\pi}{2} sin − 1 2 1 + cos − 1 2 1 = 6 π + 3 π = 2 π
Let tan − 1 = θ ⇒ tan θ = 3 4 ⇒ cos θ = 4 5 \tan^{-1} = \theta \Rightarrow \tan\theta = \frac{3}{4} \Rightarrow \cos\theta = \frac{4}{5} tan − 1 = θ ⇒ tan θ = 4 3 ⇒ cos θ = 5 4
cos [ cos − 1 ( 3 2 ) + π 6 ] \cos\left[\cos^{-1}\left(\frac{\sqrt{3}}{2}\right) + \frac{\pi}{6}\right] cos [ cos − 1 ( 2 3 ) + 6 π ]
= cos [ π 6 + π 6 ] = cos π 3 = 1 2 =\cos\left[\frac{\pi}{6} + \frac{\pi}{6}\right] = \cos \frac{\pi}{3} = \frac{1}{2} = cos [ 6 π + 6 π ] = cos 3 π = 2 1
L.H.S. = 2 tan − 1 1 3 + tan − 1 1 7 = 2\tan^{-1}\frac{1}{3} + \tan^{-1}\frac{1}{7} = 2 tan − 1 3 1 + tan − 1 7 1
= tan − 1 2 ∗ 1 3 1 − 1 9 + tan − 1 1 7 = \tan^{-1}\frac{2*\frac{1}{3}}{1 - \frac{1}{9}} + \tan^{-1}\frac{1}{7} = tan − 1 1 − 9 1 2 ∗ 3 1 + tan − 1 7 1
= tan − 1 3 4 + tan − 1 1 7 = \tan^{-1}\frac{3}{4} + \tan^{-1}\frac{1}{7} = tan − 1 4 3 + tan − 1 7 1
= tan − 1 3 4 + 1 7 1 − 3 28 = tan − 1 1 = π 4 = = \tan^{-1}\frac{\frac{3}{4} + \frac{1}{7}}{1 - \frac{3}{28}} = \tan^{-1}1 = \frac{\pi}{4} = = tan − 1 1 − 28 3 4 3 + 7 1 = tan − 1 1 = 4 π = R.H.S.
L.H.S. = tan − 1 1 3 + tan − 1 1 7 + tan − 1 1 5 + tan − 1 1 8 = \tan^{-1}\frac{1}{3} + \tan^{-1}\frac{1}{7} + \tan^{-1}\frac{1}{5} + \tan^{-1}\frac{1}{8} = tan − 1 3 1 + tan − 1 7 1 + tan − 1 5 1 + tan − 1 8 1
= tan − 1 1 3 + 1 7 1 − 1 21 + tan − 1 1 5 + 1 8 1 − 1 40 = \tan^{-1}\frac{\frac{1}{3} + \frac{1}{7}}{1 - \frac{1}{21}} + \tan^{-1}\frac{\frac{1}{5} + \frac{1}{8}}{1 -
\frac{1}{40}} = tan − 1 1 − 21 1 3 1 + 7 1 + tan − 1 1 − 40 1 5 1 + 8 1
= tan − 1 1 2 + tan − 1 1 3 = tan − 1 1 = π 4 = = \tan^{-1}\frac{1}{2} + \tan^{-1}\frac{1}{3} = \tan^{-1}1 = \frac{\pi}{4} = = tan − 1 2 1 + tan − 1 3 1 = tan − 1 1 = 4 π = R.H.S.
L.H.S. = sin − 1 4 5 + sin − 1 5 13 + sin − 1 16 65 = \sin^{-1}\frac{4}{5} + \sin^{-1}\frac{5}{13} + \sin^{-1}\frac{16}{65} = sin − 1 5 4 + sin − 1 13 5 + sin − 1 65 16
= sin − 1 ( 4 5 1 − 25 169 + 5 13 1 − 16 25 ) + sin − 1 16 65 = \sin^{-1}\left(\frac{4}{5}\sqrt{1 - \frac{25}{169}} + \frac{5}{13}\sqrt{1 - \frac{16}{25}}\right) +
\sin^{-1}\frac{16}{65} = sin − 1 ( 5 4 1 − 169 25 + 13 5 1 − 25 16 ) + sin − 1 65 16
= sin − 1 ( 48 65 + 15 65 ) + sin − 1 16 65 = sin − 1 64 65 + sin − 1 16 65 = \sin^{-1}\left(\frac{48}{65} + \frac{15}{65}\right) + \sin^{-1}\frac{16}{65} = \sin^{-1}\frac{64}{65} +
\sin^{-1}\frac{16}{65} = sin − 1 ( 65 48 + 65 15 ) + sin − 1 65 16 = sin − 1 65 64 + sin − 1 65 16
= sin − 1 ( 63 65 . 1 − 1 6 2 6 5 2 + 16 65 1 − 6 3 2 6 5 2 ) = \sin^{-1}\left(\frac{63}{65}.\sqrt{1 - \frac{16^2}{65^2}} + \frac{16}{65}\sqrt{1 - \frac{63^2}{65^2}}\right) = sin − 1 ( 65 63 . 1 − 6 5 2 1 6 2 + 65 16 1 − 6 5 2 6 3 2 )
sin − 1 6 3 2 + 1 6 2 6 5 2 = sin − 1 = π 2 = \sin^{-1}\frac{63^2 + 16^2}{65^2} = \sin^{-1} = \frac{\pi}{2} = sin − 1 6 5 2 6 3 2 + 1 6 2 = sin − 1 = 2 π = R.H.S.
We have to prove that 4 tan − 1 1 5 − tan − 1 1 70 + tan − 1 1 99 = π 4 4\tan^{-1}\frac{1}{5} - \tan^{-1}\frac{1}{70} + \tan^{-1}\frac{1}{99} = \frac{\pi}{4} 4 tan − 1 5 1 − tan − 1 70 1 + tan − 1 99 1 = 4 π
⇒ 4 tan − 1 1 5 = π 4 + tan − 1 1 70 − t a n − 1 1 99 \Rightarrow 4\tan^{-1}\frac{1}{5} = \frac{\pi}{4} + \tan^{-1}\frac{1}{70} - tan^{-1}\frac{1}{99} ⇒ 4 tan − 1 5 1 = 4 π + tan − 1 70 1 − t a n − 1 99 1
L.H.S. = 4 tan − 1 1 5 = 2 tan − 1 2. 1 5 1 − 1 25 = 2 tan − 1 5 12 = 4\tan^{-1}\frac{1}{5} = 2\tan^{-1}\frac{2.\frac{1}{5}}{1 - \frac{1}{25}} = 2\tan^{-1}\frac{5}{12} = 4 tan − 1 5 1 = 2 tan − 1 1 − 25 1 2. 5 1 = 2 tan − 1 12 5
= tan − 1 2. 5 12 1 − 25 144 = tan − 1 120 119 = \tan^{-1}\frac{2.\frac{5}{12}}{1 - \frac{25}{144}} = \tan^{-1}\frac{120}{119} = tan − 1 1 − 144 25 2. 12 5 = tan − 1 119 120
tan − 1 1 70 − tan − 1 1 99 = tan − 1 1 70 − 1 99 1 + 1 70 . 1 99 \tan^{-1}\frac{1}{70} - \tan^{-1}\frac{1}{99} = \tan^{-1}\frac{\frac{1}{70} - \frac{1}{99}}{1 +
\frac{1}{70}.\frac{1}{99}} tan − 1 70 1 − tan − 1 99 1 = tan − 1 1 + 70 1 . 99 1 70 1 − 99 1
= tan − 1 1 239 = \tan^{-1}\frac{1}{239} = tan − 1 239 1
R.H.S. = tan − 1 1 + tan − 1 1 239 = tan − 1 120 119 = \tan^{-1}1 + \tan^{-1}\frac{1}{239} = \tan^{-1}\frac{120}{119} = tan − 1 1 + tan − 1 239 1 = tan − 1 119 120
Thus, L.H.S. = R.H.S.
We have to prove that cot − 1 9 + cosec − 1 41 4 = π 4 \cot^{-1}9 + \cosec^{-1}\frac{\sqrt{41}}{4} = \frac{\pi}{4} cot − 1 9 + cosec − 1 4 41 = 4 π
cot − 1 9 = tan − 1 1 9 \cot^{-1}9 = \tan^{-1}\frac{1}{9} cot − 1 9 = tan − 1 9 1
Let cosec − 1 41 4 = θ ⇒ cosec θ = 41 4 \cosec^{-1}\frac{\sqrt{41}}{4} = \theta \Rightarrow \cosec\theta = \frac{\sqrt{41}}{4} cosec − 1 4 41 = θ ⇒ cosec θ = 4 41
Since we have to consider principal values only − π 2 ≤ θ ≤ π 2 -\frac{\pi}{2}\leq \theta\leq \frac{\pi}{2} − 2 π ≤ θ ≤ 2 π and θ ≠ 0 \theta \neq 0 θ = 0
As cosec θ \cosec\theta cosec θ is +ve here, θ \theta θ lies between 0 0 0 and π / 2 , \pi/2, π /2 , hence tan θ \tan\theta tan θ must be
positive.
⇒ tan θ = 4 5 \Rightarrow \tan\theta = \frac{4}{5} ⇒ tan θ = 5 4
tan − 1 1 9 + tan − 1 4 5 = tan − 1 1 9 + 4 5 1 − 1 9 4 5 \tan^{-1}\frac{1}{9} + \tan^{-1}\frac{4}{5} = \tan^{-1}\frac{\frac{1}{9} + \frac{4}{5}}{1 - \frac{1}{9}\frac{4}{5}} tan − 1 9 1 + tan − 1 5 4 = tan − 1 1 − 9 1 5 4 9 1 + 5 4
= tan − 1 41 45 . 45 41 = tan − 1 1 = π 4 = =\tan^{-1}\frac{41}{45}.\frac{45}{41} = \tan^{-1}1 = \frac{\pi}{4} = = tan − 1 45 41 . 41 45 = tan − 1 1 = 4 π = R.H.S.
We have to prove that 4 ( cot − 1 3 + cosec − 1 5 ) = π 4(\cot^{-1}3 + \cosec^{-1}\sqrt{5}) = \pi 4 ( cot − 1 3 + cosec − 1 5 ) = π
cot − 1 3 = tan − 1 1 3 \cot^{-1}3 = \tan^{-1}\frac{1}{3} cot − 1 3 = tan − 1 3 1
cosec − 1 5 = tan − 1 1 2 \cosec^{-1}\sqrt{5} = \tan^{-1}\frac{1}{2} cosec − 1 5 = tan − 1 2 1
L.H.S. = 4 ( tan − 1 1 3 + tan − 1 1 2 ) = 4 ( tan − 1 1 2 + 1 3 1 − 1 2 . 1 3 ) =4(\tan^{-1}\frac{1}{3} + \tan^{-1}\frac{1}{2}) = 4\left(\tan^{-1}\frac{\frac{1}{2} + \frac{1}{3}}{1 -
\frac{1}{2}.\frac{1}{3}}\right) = 4 ( tan − 1 3 1 + tan − 1 2 1 ) = 4 ( tan − 1 1 − 2 1 . 3 1 2 1 + 3 1 )
= 4 tan − 1 1 = π = = 4\tan^{-1}1 = \pi = = 4 tan − 1 1 = π = R.H.S.
We have to prove that tan − 1 x = 2 tan − 1 [ cosec tan − 1 x − tan cot − 1 x ] \tan^{-1}x = 2\tan^{-1}[\cosec\tan^{-1}x - \tan\cot^{-1}x] tan − 1 x = 2 tan − 1 [ cosec tan − 1 x − tan cot − 1 x ]
R.H.S. = 2 tan − 1 [ cosec cosec − 1 1 + x 2 x − tan tan − 1 1 x ] = 2\tan^{-1}[\cosec\cosec^{-1}\frac{\sqrt{1 + x^2}}{x} - \tan\tan^{-1}\frac{1}{x}] = 2 tan − 1 [ cosec cosec − 1 x 1 + x 2 − tan tan − 1 x 1 ]
= 2 tan − 1 ( 1 + x 2 − 1 x ) = 2\tan^{-1}\left(\frac{\sqrt{1 + x^2} - 1}{x}\right) = 2 tan − 1 ( x 1 + x 2 − 1 )
Let x = tan θ , x = \tan\theta, x = tan θ , then R.H.S. = 2 tan − 1 ( s e c θ − 1 tan θ ) = 2\tan^{-1}\left(\frac{sec\theta - 1}{\tan\theta}\right) = 2 tan − 1 ( t a n θ sec θ − 1 )
= 2 tan − 1 ( 1 − cos θ sin θ ) = 2 tan − 1 ( 2 sin 2 θ 2 2 sin θ 2 cos θ 2 ) =2\tan^{-1}\left(\frac{1 - \cos\theta}{\sin\theta}\right) =
2\tan^{-1}\left(\frac{2\sin^2\frac{\theta}{2}}{2\sin\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2}}\right) = 2 tan − 1 ( s i n θ 1 − c o s θ ) = 2 tan − 1 ( 2 s i n 2 θ c o s 2 θ 2 s i n 2 2 θ )
= 2 tan − 1 . tan θ 2 = θ = t a n − 1 x = = 2\tan^{-1}.\tan\frac{\theta}{2} = \theta = tan^{-1}x = = 2 tan − 1 . tan 2 θ = θ = t a n − 1 x = L.H.S.
∵ 0 < b ≤ a ∴ a − b a + b \because 0 < b \leq a \therefore \sqrt{\frac{a - b}{a + b}} ∵ 0 < b ≤ a ∴ a + b a − b is real.
L.H.S. = 2 tan − 1 [ a − b a + b tan x 2 ] = 2\tan^{-1}\left[\sqrt{\frac{a - b}{a + b}}\tan\frac{x}{2}\right] = 2 tan − 1 [ a + b a − b tan 2 x ]
= cos − 1 [ 1 − a − b a + b tan 2 x 2 1 + a − b a + b tan 2 x 2 ] = \cos^{-1}\left[\frac{1 - \frac{a- b}{a + b}\tan^2\frac{x}{2}}{1 + \frac{a - b}{a + b}\tan^2\frac{x}{2}}\right] = cos − 1 [ 1 + a + b a − b t a n 2 2 x 1 − a + b a − b t a n 2 2 x ]
= cos − 1 [ a ( 1 − tan 2 x 2 ) + b ( 1 + tan 2 x 2 ) a ( 1 + tan 2 x 2 ) + b ( 1 + tan 2 x 2 ) ] = \cos^{-1}\left[\frac{a\left(1 - \tan^2\frac{x}{2}\right)+ b\left(1 + \tan^2\frac{x}{2}\right)}{a\left(1 +
\tan^2\frac{x}{2}\right)+ b\left(1 + \tan^2\frac{x}{2}\right)}\right] = cos − 1 [ a ( 1 + t a n 2 2 x ) + b ( 1 + t a n 2 2 x ) a ( 1 − t a n 2 2 x ) + b ( 1 + t a n 2 2 x ) ]
= cos − 1 [ a ( 1 − tan 2 x 2 1 + tan 2 x 2 + b ) a + b 1 − tan 2 x 2 1 + tan 2 x 2 ] = \cos^{-1}\left[\frac{a\left(\frac{1 - \tan^2\frac{x}{2}}{1 + \tan^2\frac{x}{2} + b}\right)}{a + b\frac{1 -
\tan^2\frac{x}{2}}{1 + \tan^2\frac{x}{2}}}\right] = cos − 1 a + b 1 + t a n 2 2 x 1 − t a n 2 2 x a ( 1 + t a n 2 2 x + b 1 − t a n 2 2 x )
= cos − 1 [ b + a cos x a + b cos x ] = = \cos^{-1}\left[\frac{b + a\cos x}{a + b\cos x}\right] = = cos − 1 [ a + b c o s x b + a c o s x ] = R.H.S.
L.H.S = tan − 1 x − y 1 + x y + tan − 1 y − z 1 + y z + tan − 1 z − x 1 + z x = \tan^{-1}\frac{x - y}{1 + xy} + \tan^{-1}\frac{y - z}{1 + yz} + \tan^{-1}\frac{z - x}{1 + zx} = tan − 1 1 + x y x − y + tan − 1 1 + yz y − z + tan − 1 1 + z x z − x
= tan − 1 x − tan − 1 y + tan − 1 y − tan − 1 z + tan − 1 z − tan − 1 x = 0 = \tan^{-1}x - \tan^{-1}y + \tan^{-1}y - \tan^{-1}z + \tan^{-1}z - \tan^{-1}x = 0 = tan − 1 x − tan − 1 y + tan − 1 y − tan − 1 z + tan − 1 z − tan − 1 x = 0
R.H.S. = tan − 1 ( x 2 − y 2 1 + x 2 y 2 ) + tan − 1 ( y 2 − z 2 1 + y 2 z 2 ) + tan − 1 ( z 2 − x 2 1 + z 2 x 2 ) = \tan^{-1}\left(\frac{x^2 - y^2}{1 + x^2y^2}\right) + \tan^{-1}\left(\frac{y^2 - z^2}{1 + y^2z^2}\right) +
\tan^{-1}\left(\frac{z^2 - x^2}{1 + z^2x^2}\right) = tan − 1 ( 1 + x 2 y 2 x 2 − y 2 ) + tan − 1 ( 1 + y 2 z 2 y 2 − z 2 ) + tan − 1 ( 1 + z 2 x 2 z 2 − x 2 )
= tan − 1 x 2 − tan − 1 y 2 + tan − 1 y 2 − tan − 1 z 2 + tan − 1 z 2 − tan − 1 x 2 = 0 = \tan^{-1}x^2 - \tan^{-1}y^2 + \tan^{-1}y^2 - \tan^{-1}z^2 + \tan^{-1}z^2 - \tan^{-1}x^2 = 0 = tan − 1 x 2 − tan − 1 y 2 + tan − 1 y 2 − tan − 1 z 2 + tan − 1 z 2 − tan − 1 x 2 = 0
∴ \therefore ∴ L.H.S. = R.H.S.
We have to prove that sin cot − 1 tan cos − 1 x = x \sin\cot^{-1}\tan\cos^{-1}x = x sin cot − 1 tan cos − 1 x = x
L.H.S. = sin cot − 1 tan tan − 1 1 − x 2 x = \sin\cot^{-1}\tan\tan^{-1}\frac{\sqrt{1 - x^2}}{x} = sin cot − 1 tan tan − 1 x 1 − x 2
= sin cot − 1 1 − x 2 x = \sin\cot^{-1}\frac{\sqrt{1 - x^2}}{x} = sin cot − 1 x 1 − x 2
Let cot − 1 1 − x 2 x = θ \cot^{-1}\frac{1 - x^2}{x} = \theta cot − 1 x 1 − x 2 = θ then cot θ = 1 − x 2 x \cot\theta = \frac{\sqrt{1 - x^2}}{x} cot θ = x 1 − x 2
sin θ = x \sin\theta = x sin θ = x
Thus, L.H.S. = R.H.S.
Case I: When π 4 < x < π 2 \frac{\pi}{4}<x<\frac{\pi}{2} 4 π < x < 2 π
0 < cot x < 1 0<\cot x< 1 0 < cot x < 1 and 0 < cot 3 x < 1 ∴ 0 < cot x cot 3 x < 1 0<\cot^3x<1 \therefore 0<\cot x\cot^3x<1 0 < cot 3 x < 1 ∴ 0 < cot x cot 3 x < 1
tan − 1 cot x + tan − 1 cot 3 x = tan − 1 cot x + cot 3 x 1 − cot x cot 3 x \tan^{-1}\cot x + \tan^{-1}\cot^3x =\tan^{-1}\frac{\cot x + \cot^3x}{1 - \cot x\cot^3x} tan − 1 cot x + tan − 1 cot 3 x = tan − 1 1 − c o t x c o t 3 x c o t x + c o t 3 x
= tan − 1 cot x 1 − cot 2 x = tan − 1 tan x tan 2 − 1 =\tan^{-1}\frac{\cot x}{1 - \cot^2x} = \tan^{-1}\frac{\tan x}{\tan^2 - 1} = tan − 1 1 − c o t 2 x c o t x = tan − 1 t a n 2 − 1 t a n x
= − tan − 1 ( 1 2 tan 2 x ) = -\tan^{-1}\left(\frac{1}{2}\tan 2x\right) = − tan − 1 ( 2 1 tan 2 x )
⇒ tan − 1 ( 1 2 tan 2 x ) + tan − 1 cot x + tan − 1 cot 3 x = 0 \Rightarrow \tan^{-1}\left(\frac{1}{2}\tan 2x\right) + \tan^{-1}\cot x + \tan^{-1}\cot^3x = 0 ⇒ tan − 1 ( 2 1 tan 2 x ) + tan − 1 cot x + tan − 1 cot 3 x = 0
Case II: When 0 < x < π 4 0<x<\frac{\pi}{4} 0 < x < 4 π
cot x > 1 \cot x> 1 cot x > 1 and cot 3 x > 1 \cot^3x > 1 cot 3 x > 1
⇒ tan − 1 cot x + tan − 1 cot 3 x = π − tan − 1 ( 1 2 tan 2 x ) \Rightarrow \tan^{-1}\cot x + \tan^{-1}\cot^3x = \pi - \tan^{-1}\left(\frac{1}{2}\tan2x\right) ⇒ tan − 1 cot x + tan − 1 cot 3 x = π − tan − 1 ( 2 1 tan 2 x )
⇒ tan − 1 ( 1 2 tan 2 x ) + tan − 1 cot x + tan − 1 cot 3 x = π \Rightarrow \tan^{-1}\left(\frac{1}{2}\tan 2x\right) + \tan^{-1}\cot x + \tan^{-1}\cot^3x = \pi ⇒ tan − 1 ( 2 1 tan 2 x ) + tan − 1 cot x + tan − 1 cot 3 x = π
tan − 1 1 2 + tan − 1 1 3 = tan − 1 1 2 + 1 3 1 − 1 2 . 1 3 \tan^{-1}\frac{1}{2} + \tan^{-1}\frac{1}{3} = \tan^{-1}\frac{\frac{1}{2} + \frac{1}{3}}{1 - \frac{1}{2}.\frac{1}{3}} tan − 1 2 1 + tan − 1 3 1 = tan − 1 1 − 2 1 . 3 1 2 1 + 3 1
= tan − 1 5 / 6 5 / 6 = tan − 1 1 = π 4 = \tan^{-1}\frac{5/6}{5/6} = \tan^{-1}1 = \frac{\pi}{4} = tan − 1 5/6 5/6 = tan − 1 1 = 4 π
tan − 1 3 5 + tan − 1 1 4 = tan − 1 3 5 + 1 4 1 − 3 5 . 1 4 \tan^{-1}\frac{3}{5} + \tan^{-1}\frac{1}{4} = \tan^{-1}\frac{\frac{3}{5} + \frac{1}{4}}{1 - \frac{3}{5}.\frac{1}{4}} tan − 1 5 3 + tan − 1 4 1 = tan − 1 1 − 5 3 . 4 1 5 3 + 4 1
= tan − 1 17 / 20 17 / 20 = tan − 1 1 = π 4 =\tan^{-1}\frac{17/20}{17/20} = \tan^{-1}1 = \frac{\pi}{4} = tan − 1 17/20 17/20 = tan − 1 1 = 4 π
We have to prove that tan − 1 2 a − b 3 b + tan − 1 2 b − a 3 a = π 3 \tan^{-1}\frac{2a - b}{\sqrt{3}b} + \tan^{-1}\frac{2b - a}{\sqrt{3}a} = \frac{\pi}{3} tan − 1 3 b 2 a − b + tan − 1 3 a 2 b − a = 3 π
L.H.S. = tan − 1 2 a − b 3 b + 2 b − a 3 a 1 − ( 2 a − b ) ( 2 b − a ) 3 a b = \tan^{-1}\frac{\frac{2a - b}{\sqrt{3}b} + \frac{2b - a}{\sqrt{3}a}}{1 - \frac{(2a - b)(2b - a)}{3ab}} = tan − 1 1 − 3 ab ( 2 a − b ) ( 2 b − a ) 3 b 2 a − b + 3 a 2 b − a
= tan − 1 2 3 a 2 − 3 a b + 2 3 b 2 − 3 a b 3 a b 3 a b − 4 a b + 2 a 2 + 2 b 2 − a b 3 a b = \tan^{-1}\frac{\frac{2\sqrt{3}a^2 - \sqrt{3}ab + 2\sqrt{3}b^2 -\sqrt{3}ab}{3ab}}{\frac{3ab - 4ab + 2a^2 +
2b^2 - ab}{3ab}} = tan − 1 3 ab 3 ab − 4 ab + 2 a 2 + 2 b 2 − ab 3 ab 2 3 a 2 − 3 ab + 2 3 b 2 − 3 ab
= tan − 1 2 a 2 + 2 3 b 2 − 2 3 a b 2 a 2 + 2 b 2 − 2 a b = tan − 1 3 = π 3 = \tan^{-1}\frac{2\sqrt{a^2} + 2\sqrt{3}b^2 - 2\sqrt{3}ab}{2a^2 + 2b^2 - 2ab} = \tan^{-1}\sqrt{3} = \frac{\pi}{3} = tan − 1 2 a 2 + 2 b 2 − 2 ab 2 a 2 + 2 3 b 2 − 2 3 ab = tan − 1 3 = 3 π
We have to prove that tan − 1 2 5 + tan − 1 1 3 + tan − 1 1 12 = π 4 \tan^{-1}\frac{2}{5} + \tan^{-1}\frac{1}{3} + \tan^{-1}\frac{1}{12} = \frac{\pi}{4} tan − 1 5 2 + tan − 1 3 1 + tan − 1 12 1 = 4 π
L.H.S. = tan − 1 2 5 + tan − 1 1 3 + 1 12 1 − 1 3 . 1 12 = \tan^{-1}\frac{2}{5} + \tan^{-1}\frac{\frac{1}{3} + \frac{1}{12}}{1 - \frac{1}{3}.\frac{1}{12}} = tan − 1 5 2 + tan − 1 1 − 3 1 . 12 1 3 1 + 12 1
= tan − 1 2 5 + tan − 1 5 / 12 35 / 36 = tan − 1 2 5 + tan − 1 3 7 = \tan^{-1}\frac{2}{5} + \tan^{-1}\frac{5/12}{35/36} = \tan^{-1}\frac{2}{5} + \tan^{-1}\frac{3}{7} = tan − 1 5 2 + tan − 1 35/36 5/12 = tan − 1 5 2 + tan − 1 7 3
= tan − 1 2 5 + 3 7 1 − 2 5 . 3 7 = \tan^{-1}\frac{\frac{2}{5} + \frac{3}{7}}{1 - \frac{2}{5}.\frac{3}{7}} = tan − 1 1 − 5 2 . 7 3 5 2 + 7 3
= tan − 1 29 / 35 29 / 35 = tan − 1 1 = π 4 = \tan^{-1}\frac{29/35}{29/35} = \tan^{-1}1 = \frac{\pi}{4} = tan − 1 29/35 29/35 = tan − 1 1 = 4 π
We have to prove that 2 tan − 1 1 5 + tan − 1 1 4 = tan − 1 32 43 2\tan^{-1}\frac{1}{5} + \tan^{-1}\frac{1}{4} = \tan^{-1}\frac{32}{43} 2 tan − 1 5 1 + tan − 1 4 1 = tan − 1 43 32
L.H.S. = tan − 1 2. 1 5 1 − 1 5 2 + tan − 1 1 4 = \tan^{-1}\frac{2.\frac{1}{5}}{1 - \frac{1}{5^2}} + \tan^{-1}\frac{1}{4} = tan − 1 1 − 5 2 1 2. 5 1 + tan − 1 4 1
= tan − 1 5 12 + tan − 1 1 4 = \tan^{-1}\frac{5}{12} + \tan^{-1}\frac{1}{4} = tan − 1 12 5 + tan − 1 4 1
= tan − 1 5 12 + 1 4 1 − 5 12 . 1 4 = \tan^{-1}\frac{\frac{5}{12} + \frac{1}{4}}{1 - \frac{5}{12}.\frac{1}{4}} = tan − 1 1 − 12 5 . 4 1 12 5 + 4 1
= tan − 1 2 / 3 43 / 48 = tan − 1 32 43 = \tan^{-1}\frac{2/3}{43/48} = \tan^{-1}\frac{32}{43} = tan − 1 43/48 2/3 = tan − 1 43 32
We have to prove that tan − 1 1 + tan − 1 2 + tan − 1 3 = π = 2 ( tan − 1 1 + tan − 1 1 2 + tan − 1 1 3 ) \tan^{-1}1 + \tan^{-1}2 + \tan^{-1}3 = \pi = 2\left(\tan^{-1}1 + \tan^{-1}\frac{1}{2} +
\tan^{-1}\frac{1}{3}\right) tan − 1 1 + tan − 1 2 + tan − 1 3 = π = 2 ( tan − 1 1 + tan − 1 2 1 + tan − 1 3 1 )
tan − 1 1 + tan − 1 2 + tan − 1 3 = tan − 1 1 + tan − 1 2 + 3 1 − 2.3 = tan − 1 1 + tan − 1 ( − 1 ) \tan^{-1}1 + \tan^{-1}2 + \tan^{-1}3 = \tan^{-1}1 + \tan^{-1}\frac{2 + 3}{1 - 2.3} = \tan^{-1}1 + \tan^{-1}(-1) tan − 1 1 + tan − 1 2 + tan − 1 3 = tan − 1 1 + tan − 1 1 − 2.3 2 + 3 = tan − 1 1 + tan − 1 ( − 1 )
= tan − 1 1 − 1 1 + 1 = tan − 1 0 = n π = \tan^{-1}\frac{1 - 1}{1 + 1} =\tan^{-1}0 = n\pi = tan − 1 1 + 1 1 − 1 = tan − 1 0 = nπ
2 ( tan − 1 1 + tan − 1 1 2 + tan − 1 1 3 ) 2\left(\tan^{-1}1 + \tan^{-1}\frac{1}{2} + \tan^{-1}\frac{1}{3}\right) 2 ( tan − 1 1 + tan − 1 2 1 + tan − 1 3 1 )
= 2 ( tan − 1 1 + tan − 1 1 2 + 1 2 1 − 1 2 . 1 3 ) = 2\left(\tan^{-1}1 + \tan^{-1}\frac{\frac{1}{2} + \frac{1}{2}}{1 - \frac{1}{2}.\frac{1}{3}}\right) = 2 ( tan − 1 1 + tan − 1 1 − 2 1 . 3 1 2 1 + 2 1 )
= 2 ( π 4 + tan − 1 1 ) = 2. π 2 = π = 2\left(\frac{\pi}{4} + \tan^{-1}1\right) = 2.\frac{\pi}{2} = \pi = 2 ( 4 π + tan − 1 1 ) = 2. 2 π = π
Thus, the above expression will have principal value as p i . pi. p i .
We have to prove that tan − 1 x + cot − 1 y = tan − 1 x y + 1 y − x \tan^{-1}x + \cot^{-1}y = \tan^{-1}\frac{xy + 1}{y - x} tan − 1 x + cot − 1 y = tan − 1 y − x x y + 1
L.H.S. = tan − 1 x + cot − 1 y = tan − 1 x + tan − 1 1 y = \tan^{-1}x + \cot^{-1}y = \tan^{-1}x + \tan^{-1}\frac{1}{y} = tan − 1 x + cot − 1 y = tan − 1 x + tan − 1 y 1
= tan − 1 x + 1 y 1 − x . 1 y = tan − 1 x y + 1 y − x = \tan^{-1}\frac{x + \frac{1}{y}}{1 - x.\frac{1}{y}} = \tan^{-1}\frac{xy + 1}{y - x} = tan − 1 1 − x . y 1 x + y 1 = tan − 1 y − x x y + 1
We have to prove that tan − 1 1 x + y + tan − 1 y x 2 + x y + 1 = cot − 1 x \tan^{-1}\frac{1}{x + y} + \tan^{-1}\frac{y}{x^2 + xy + 1} = \cot^{-1}x tan − 1 x + y 1 + tan − 1 x 2 + x y + 1 y = cot − 1 x
L.H.S. = tan − 1 1 x + y + tan − 1 y x 2 + x y + 1 = \tan^{-1}\frac{1}{x + y} + \tan^{-1}\frac{y}{x^2 + xy + 1} = tan − 1 x + y 1 + tan − 1 x 2 + x y + 1 y
= tan − 1 1 x + y + y x 2 + x y + 1 1 − 1 x + y . y x 2 + x y + 1 = \tan^{-1}\frac{\frac{1}{x + y} + \frac{y}{x^2 + xy + 1}}{1 - \frac{1}{x + y}.\frac{y}{x^2 + xy + 1}} = tan − 1 1 − x + y 1 . x 2 + x y + 1 y x + y 1 + x 2 + x y + 1 y
= tan − 1 x 2 + 2 x y + y 2 + 1 x 3 + 2 x 2 y + x y 2 + x = tan − 1 1 x = cot − 1 x = \tan^{-1}\frac{x^2 + 2xy + y^2 + 1}{x^3 + 2x^2y + xy^2 + x} = \tan^{-1}\frac{1}{x} = \cot^{-1}x = tan − 1 x 3 + 2 x 2 y + x y 2 + x x 2 + 2 x y + y 2 + 1 = tan − 1 x 1 = cot − 1 x
We have to prove that 2 cot − 1 5 + cot − 1 7 + 2 cot − 1 8 = π / 4 2\cot^{-1}5 + \cot^{-1}7 + 2\cot^{-1}8 = \pi/4 2 cot − 1 5 + cot − 1 7 + 2 cot − 1 8 = π /4
We know that cot − 1 x + cot − 1 y = x y − 1 x + y \cot^{-1}x + \cot^{-1}y = \frac{xy - 1}{x + y} cot − 1 x + cot − 1 y = x + y x y − 1
∴ 2 ( cot − 1 5 + cot − 1 8 ) = 2 cot − 1 39 13 = 2 cos − 1 3 = cot − 1 4 3 \therefore 2\left(\cot^{-1}5 + \cot^{-1}8\right) = 2\cot^{-1}\frac{39}{13} = 2\cos^{-1}3 = \cot^{-1}\frac{4}{3} ∴ 2 ( cot − 1 5 + cot − 1 8 ) = 2 cot − 1 13 39 = 2 cos − 1 3 = cot − 1 3 4
∴ 2 cot − 1 5 + cot − 1 7 + 2 cot − 1 8 = cot − 1 4 3 + cot − 1 7 \therefore 2\cot^{-1}5 + \cot^{-1}7 + 2\cot^{-1}8 = \cot^{-1}\frac{4}{3} + \cot^{-1}7 ∴ 2 cot − 1 5 + cot − 1 7 + 2 cot − 1 8 = cot − 1 3 4 + cot − 1 7
= cot − 1 28 3 − 1 25 3 = cot − 1 1 = π / 4 =\cot^{-1}\frac{\frac{28}{3} - 1}{\frac{25}{3}} = \cot^{-1}1 = \pi/4 = cot − 1 3 25 3 28 − 1 = cot − 1 1 = π /4
We have to prove that tan − 1 a − b 1 + a b + tan − 1 b − c 1 + b c + tan − 1 c − a 1 + c a = 0 \tan^{-1}\frac{a - b}{1 + ab} + \tan^{-1}\frac{b - c}{1 + bc} + \tan^{-1}\frac{c - a}{1 + ca} = 0 tan − 1 1 + ab a − b + tan − 1 1 + b c b − c + tan − 1 1 + c a c − a = 0
L.H.S. = tan − 1 a − tan − 1 b + tan − 1 b − tan − 1 c + tan − 1 c − tan − 1 a = 0 = \tan^{-1}a - \tan^{-1}b + \tan^{-1}b - \tan^{-1}c + \tan^{-1}c - \tan^{-1}a = 0 = tan − 1 a − tan − 1 b + tan − 1 b − tan − 1 c + tan − 1 c − tan − 1 a = 0
We have to prove that tan − 1 a 3 − b 3 1 + a 3 b 3 + tan − 1 b 3 − c 3 1 + b 3 c 3 + tan − 1 c 3 − a 3 1 + c 3 a 3 = 0 \tan^{-1}\frac{a^3 - b^3}{1 + a^3b^3} + \tan^{-1}\frac{b^3 - c^3}{1 + b^3c^3} +
\tan^{-1}\frac{c^3 - a^3}{1 + c^3a^3} = 0 tan − 1 1 + a 3 b 3 a 3 − b 3 + tan − 1 1 + b 3 c 3 b 3 − c 3 + tan − 1 1 + c 3 a 3 c 3 − a 3 = 0
L.H.S. = tan − 1 a 3 − tan − 1 b 3 + tan − 1 b 3 − tan − 1 c 3 + tan − 1 c 3 − tan − 1 a 3 = 0 = \tan^{-1}a^3 - \tan^{-1}b^3 + \tan^{-1}b^3 - \tan^{-1}c^3 + \tan^{-1}c^3 - \tan^{-1}a^3 = 0 = tan − 1 a 3 − tan − 1 b 3 + tan − 1 b 3 − tan − 1 c 3 + tan − 1 c 3 − tan − 1 a 3 = 0
We have to prove that cot − 1 x y + 1 y − x + cot − 1 y z + 1 z − y + cot − 1 z = tan − 1 1 x \cot^{-1}\frac{xy + 1}{y - x} + \cot^{-1}\frac{yz + 1}{z - y} + \cot^{-1}z = \tan^{-1}\frac{1}{x} cot − 1 y − x x y + 1 + cot − 1 z − y yz + 1 + cot − 1 z = tan − 1 x 1
L.H.S. = cot − 1 x − cot − 1 y + cot − 1 y − cot − 1 z + cot − 1 z = cot − 1 x = tan − 1 1 x = \cot^{-1}x - \cot^{-1}y + \cot^{-1}y - \cot^{-1}z + \cot^{-1}z= \cot^{-1}x = \tan^{-1}\frac{1}{x} = cot − 1 x − cot − 1 y + cot − 1 y − cot − 1 z + cot − 1 z = cot − 1 x = tan − 1 x 1
We have to prove that cos − 1 ( cos θ + cos ϕ 1 + cos θ cos ϕ ) = 2 tan − 1 ( tan θ 2 tan ϕ 2 ) \cos^{-1}\left(\frac{\cos\theta + \cos\phi}{1 + \cos\theta\cos\phi}\right) =
2\tan^{-1}\left(\tan\frac{\theta}{2}\tan\frac{\phi}{2}\right) cos − 1 ( 1 + c o s θ c o s ϕ c o s θ + c o s ϕ ) = 2 tan − 1 ( tan 2 θ tan 2 ϕ )
L.H.S. = cos − 1 ( cos θ + cos ϕ 1 + cos θ cos ϕ ) = \cos^{-1}\left(\frac{\cos\theta + \cos\phi}{1 + \cos\theta\cos\phi}\right) = cos − 1 ( 1 + c o s θ c o s ϕ c o s θ + c o s ϕ )
= tan − 1 1 + cos 2 θ cos 2 ϕ + 2 cos θ cos ϕ − cos 2 θ cos 2 ϕ − 2 cos θ cos ϕ cos θ + cos ϕ = \tan^{-1}\frac{\sqrt{1 + \cos^2\theta\cos^2\phi + 2\cos\theta\cos\phi - \cos^2\theta\cos^2\phi -
2\cos\theta\cos\phi}}{\cos\theta + \cos\phi} = tan − 1 c o s θ + c o s ϕ 1 + c o s 2 θ c o s 2 ϕ + 2 c o s θ c o s ϕ − c o s 2 θ c o s 2 ϕ − 2 c o s θ c o s ϕ
= tan − 1 ( 1 − cos 2 θ ) ( 1 − cos 2 ϕ ) cos θ + cos ϕ = tan − 1 sin θ sin ϕ cos θ + cos ϕ = \tan^{-1}\frac{\sqrt{(1 - \cos^2\theta)(1 - \cos^2\phi)}}{\cos\theta + \cos\phi} =
\tan^{-1}\frac{\sin\theta\sin\phi}{\cos\theta + \cos\phi} = tan − 1 c o s θ + c o s ϕ ( 1 − c o s 2 θ ) ( 1 − c o s 2 ϕ ) = tan − 1 c o s θ + c o s ϕ s i n θ s i n ϕ
R.H.S. = 2 tan − 1 ( tan θ 2 tan ϕ 2 ) = 2\tan^{-1}\left(\tan\frac{\theta}{2}\tan\frac{\phi}{2}\right) = 2 tan − 1 ( tan 2 θ tan 2 ϕ )
= tan − 1 2 tan θ 2 tan ϕ 2 1 − tan 2 θ 2 tan 2 ϕ 2 = \tan^{-1}\frac{2\tan\frac{\theta}{2}\tan\frac{\phi}{2}}{1 - \tan^2\frac{\theta}{2}\tan^2\frac{\phi}{2}} = tan − 1 1 − t a n 2 2 θ t a n 2 2 ϕ 2 t a n 2 θ t a n 2 ϕ
= tan − 1 2 tan θ 2 tan ϕ 2 . cos 2 θ 2 cos 2 ϕ 2 cos 2 θ 2 cos 2 ϕ 2 − sin 2 θ 2 sin 2 ϕ 2 =\tan^{-1}\frac{2\tan\frac{\theta}{2}\tan\frac{\phi}{2}.\cos^2\frac{\theta}{2}\cos^2\frac{\phi}{2}}{\cos^2\frac{\theta}{2}\cos^2\frac{\phi}{2}
- \sin^2\frac{\theta}{2}\sin^2\frac{\phi}{2}} = tan − 1 c o s 2 2 θ c o s 2 2 ϕ − s i n 2 2 θ s i n 2 2 ϕ 2 t a n 2 θ t a n 2 ϕ . c o s 2 2 θ c o s 2 2 ϕ
= tan − 1 1 2 . sin θ sin ϕ cos 2 θ 2 cos 2 ϕ 2 − ( 1 − cos 2 θ 2 ) ( 1 − cos 2 ϕ 2 ) = \tan^{-1}\frac{1}{2}.\frac{\sin\theta\sin\phi}{\cos^2\frac{\theta}{2}\cos^2\frac{\phi}{2} - \left(1 -
\cos^2\frac{\theta}{2}\right)\left(1-\cos^2\frac{\phi}{2}\right)} = tan − 1 2 1 . c o s 2 2 θ c o s 2 2 ϕ − ( 1 − c o s 2 2 θ ) ( 1 − c o s 2 2 ϕ ) s i n θ s i n ϕ
= tan − 1 sin θ sin ϕ cos θ + cos ϕ = \tan^{-1}\frac{\sin\theta\sin\phi}{\cos\theta + \cos\phi} = tan − 1 c o s θ + c o s ϕ s i n θ s i n ϕ
We have to prove that sin − 1 3 5 + sin − 1 8 17 = sin − 1 77 85 \sin^{-1}\frac{3}{5} + \sin^{-1}\frac{8}{17} = \sin^{-1}\frac{77}{85} sin − 1 5 3 + sin − 1 17 8 = sin − 1 85 77
L.H.S. = sin − 1 3 5 + sin − 1 8 17 = \sin^{-1}\frac{3}{5} + \sin^{-1}\frac{8}{17} = sin − 1 5 3 + sin − 1 17 8
= sin − 1 ( 3 5 1 − 8 2 1 7 2 + 8 17 1 − 3 2 5 2 ) =\sin^{-1}\left(\frac{3}{5}\sqrt{1 - \frac{8^2}{17^2}} + \frac{8}{17}\sqrt{1 - \frac{3^2}{5^2}}\right) = sin − 1 ( 5 3 1 − 1 7 2 8 2 + 17 8 1 − 5 2 3 2 )
= sin − 1 ( 3 5 . 15 17 + 8 17 . 4 5 ) = \sin^{-1}\left(\frac{3}{5}.\frac{15}{17} + \frac{8}{17}.\frac{4}{5}\right) = sin − 1 ( 5 3 . 17 15 + 17 8 . 5 4 )
sin − 1 ( 45 + 32 85 ) = sin − 1 77 85 = \sin^{-1}\left(\frac{45 + 32}{85}\right) = \sin^{-1}\frac{77}{85} = sin − 1 ( 85 45 + 32 ) = sin − 1 85 77 = R.H.S.
We have to prove that cos − 1 3 5 + cos − 1 12 13 + cos − 1 63 65 = π 2 \cos^{-1}\frac{3}{5} + \cos^{-1}\frac{12}{13} + \cos^{-1}\frac{63}{65} = \frac{\pi}{2} cos − 1 5 3 + cos − 1 13 12 + cos − 1 65 63 = 2 π
We know that cos − 1 x + cos − 1 y = x y − ( 1 − x 2 ) ( 1 − y 2 ) \cos^{-1}x + \cos^{-1}y = xy - \sqrt{(1 - x^2)(1 - y^2)} cos − 1 x + cos − 1 y = x y − ( 1 − x 2 ) ( 1 − y 2 )
L.H.S. = cos − 1 3 5 + cos − 1 12 13 + cos − 1 63 65 = \cos^{-1}\frac{3}{5} + \cos^{-1}\frac{12}{13} + \cos^{-1}\frac{63}{65} = cos − 1 5 3 + cos − 1 13 12 + cos − 1 65 63
= cos − 1 ( 3 5 . 12 13 − ( 1 − 3 2 5 2 ) ( 1 − 1 2 2 1 3 2 ) ) + cos − 1 63 65 = \cos^{-1}\left(\frac{3}{5}.\frac{12}{13} - \sqrt{\left(1 - \frac{3^2}{5^2}\right)\left(1 -
\frac{12^2}{13^2}\right)}\right) + \cos^{-1}\frac{63}{65} = cos − 1 ( 5 3 . 13 12 − ( 1 − 5 2 3 2 ) ( 1 − 1 3 2 1 2 2 ) ) + cos − 1 65 63
= cos − 1 ( 36 65 − 4 5 . 5 13 ) + cos − 1 63 65 = \cos^{-1}\left(\frac{36}{65} - \frac{4}{5}.\frac{5}{13}\right) + \cos^{-1}\frac{63}{65} = cos − 1 ( 65 36 − 5 4 . 13 5 ) + cos − 1 65 63
= cos − 1 ( 36 65 − 20 65 ) + cos − 1 63 65 = \cos^{-1}\left(\frac{36}{65} - \frac{20}{65}\right) + \cos^{-1}\frac{63}{65} = cos − 1 ( 65 36 − 65 20 ) + cos − 1 65 63
= cos − 1 16 65 + cos − 1 63 65 = \cos^{-1}\frac{16}{65} + \cos^{-1}\frac{63}{65} = cos − 1 65 16 + cos − 1 65 63
= cos − 1 ( 16 65 . 63 64 − ( 1 − 1 6 2 6 5 2 ) ( 1 − 6 3 2 6 5 2 ) ) = \cos^{-1}\left(\frac{16}{65}.\frac{63}{64} - \sqrt{\left(1 - \frac{16^2}{65^2}\right)\left(1 -
\frac{63^2}{65^2}\right)}\right) = cos − 1 ( 65 16 . 64 63 − ( 1 − 6 5 2 1 6 2 ) ( 1 − 6 5 2 6 3 2 ) )
= cos − 1 0 = π 2 = = \cos^{-1}0 = \frac{\pi}{2} = = cos − 1 0 = 2 π = R.H.S.
We have to prove that sin − 1 x + sin − 1 y = cos − 1 ( 1 − x 2 1 − y 2 − x y ) \sin^{-1}x + \sin^{-1}y = \cos^{-1}\left(\sqrt{1 - x^2}\sqrt{1 - y^2} - xy\right) sin − 1 x + sin − 1 y = cos − 1 ( 1 − x 2 1 − y 2 − x y )
L.H.S. = sin − 1 x + sin − 1 y = cos − 1 1 − x 2 + cos − 1 1 − y 2 = \sin^{-1}x + \sin^{-1}y = \cos^{-1}\sqrt{1 - x^2} + \cos^{-1}\sqrt{1 - y^2} = sin − 1 x + sin − 1 y = cos − 1 1 − x 2 + cos − 1 1 − y 2
= cos 1 − ( 1 − x 2 1 − y 2 − [ 1 − ( 1 − x 2 ) ] [ 1 − ( 1 − y 2 ) ] ) = \cos^{1-}(\sqrt{1 - x^2}\sqrt{1 - y^2} - \sqrt{[1 - (1 - x^2)][1 - (1 - y^2)]}) = cos 1 − ( 1 − x 2 1 − y 2 − [ 1 − ( 1 − x 2 )] [ 1 − ( 1 − y 2 )] )
= cos − 1 ( 1 − x 2 1 − y 2 − x y ) = = \cos^{-1}\left(\sqrt{1 - x^2}\sqrt{1 - y^2} - xy\right) = = cos − 1 ( 1 − x 2 1 − y 2 − x y ) = R.H.S.
We have to prove that 4 ( sin − 1 1 10 + cos − 1 2 5 ) = π 4\left(\sin^{-1}\frac{1}{\sqrt{10}} + \cos^{-1}\frac{2}{\sqrt{5}}\right) =\pi 4 ( sin − 1 10 1 + cos − 1 5 2 ) = π
or sin − 1 1 10 + cos − 1 2 5 = π / 4 \sin^{-1}\frac{1}{\sqrt{10}} + \cos^{-1}\frac{2}{\sqrt{5}} =\pi/4 sin − 1 10 1 + cos − 1 5 2 = π /4
L.H.S. = sin − 1 1 10 + sin − 1 1 5 = \sin^{-1}\frac{1}{\sqrt{10}} + \sin^{-1}\frac{1}{\sqrt{5}} = sin − 1 10 1 + sin − 1 5 1
= sin − 1 ( 1 10 1 − 1 5 + 1 5 1 − 1 10 ) = \sin^{-1}\left(\frac{1}{\sqrt{10}}\sqrt{1 - \frac{1}{5}} + \frac{1}{\sqrt{5}}\sqrt{1 - \frac{1}{10}}\right) = sin − 1 ( 10 1 1 − 5 1 + 5 1 1 − 10 1 )
= sin − 1 ( 2 50 + 3 50 ) = sin − 1 1 2 = \sin^{-1}\left(\frac{2}{\sqrt{50}} + \frac{3}{\sqrt{50}}\right) = \sin^{-1}\frac{1}{\sqrt{2}} = sin − 1 ( 50 2 + 50 3 ) = sin − 1 2 1
= π 4 = = \frac{\pi}{4} = = 4 π = R.H.S.
We have to prove that cos ( 2 sin − 1 x ) = 1 − 2 x 2 \cos(2\sin^{-1}x) = 1 - 2x^2 cos ( 2 sin − 1 x ) = 1 − 2 x 2
L.H.S. = cos [ sin − 1 ( 2 x 1 − x 2 ) ] = cos [ cos − 1 1 − 4 x 2 ( 1 − x 2 ) ] = cos [ cos − 1 ( 1 − 2 x 2 ) ] = \cos[\sin^{-1}(2x\sqrt{1 - x^2})] = \cos[\cos^{-1}\sqrt{1 - 4x^2(1 - x^2)}] = \cos[\cos^{-1}(1 - 2x^2)] = cos [ sin − 1 ( 2 x 1 − x 2 )] = cos [ cos − 1 1 − 4 x 2 ( 1 − x 2 ) ] = cos [ cos − 1 ( 1 − 2 x 2 )]
= 1 − 2 x 2 = = 1 - 2x^2 = = 1 − 2 x 2 = R.H.S.
We have to prove that 1 2 cos − 1 x = sin − 1 1 − x 2 = cos − 1 1 + x 2 = tan − 1 1 − x 2 1 + x \frac{1}{2}\cos^{-1}x = \sin^{-1}\sqrt{\frac{1 - x}{2}} = \cos^{-1}\sqrt{\frac{1 + x}{2}} =
\tan^{-1}\frac{\sqrt{1 - x^2}}{1 + x} 2 1 cos − 1 x = sin − 1 2 1 − x = cos − 1 2 1 + x = tan − 1 1 + x 1 − x 2
or cos − 1 x = 2 sin − 1 1 − x 2 = 2 cos − 1 1 + x 2 = 2 tan − 1 1 − x 2 1 + x \cos^{-1}x = 2\sin^{-1}\sqrt{\frac{1 - x}{2}} = 2\cos^{-1}\sqrt{\frac{1 + x}{2}} = 2\tan^{-1}\frac{\sqrt{1 -
x^2}}{1 + x} cos − 1 x = 2 sin − 1 2 1 − x = 2 cos − 1 2 1 + x = 2 tan − 1 1 + x 1 − x 2
2 sin − 1 1 − x 2 = sin − 1 [ 2. 1 − x 2 . 1 − 1 − x 2 ] 2\sin^{-1}\sqrt{\frac{1 - x}{2}} = \sin^{-1}\left[2.\sqrt{\frac{1 - x}{2}}.\sqrt{1 - \frac{1 - x}{2}}\right] 2 sin − 1 2 1 − x = sin − 1 [ 2. 2 1 − x . 1 − 2 1 − x ]
= sin − 1 2. 1 − x 2 . 1 + x 2 = sin − 1 1 − x 2 = cos − 1 x = \sin^{-1}2.\sqrt{\frac{1 - x}{2}}.\sqrt{\frac{1 + x}{2}} = \sin^{-1}\sqrt{1 - x^2} = \cos^{-1}x = sin − 1 2. 2 1 − x . 2 1 + x = sin − 1 1 − x 2 = cos − 1 x
2 cos − 1 1 + x 2 = cos − 1 [ 2. 1 + x 2 − 1 ] [ ∵ 2 cos − 1 x = cos − 1 ( 2 x 2 − 1 ) ] 2\cos^{-1}\sqrt{\frac{1 + x}{2}} = \cos^{-1}\left[2.\frac{1 + x}{2} - 1\right][\because 2\cos^{-1}x = \cos^{-1}(2x^2 -
1)] 2 cos − 1 2 1 + x = cos − 1 [ 2. 2 1 + x − 1 ] [ ∵ 2 cos − 1 x = cos − 1 ( 2 x 2 − 1 )]
= cos − 1 x = \cos^{-1}x = cos − 1 x
2 tan − 1 1 − x 2 1 + x = tan − 1 2. 1 − x 2 ( 1 + x ) 1 − 1 − x 2 ( 1 + x ) 2 2\tan^{-1}\frac{\sqrt{1 - x^2}}{1 + x} = \tan^{-1}\frac{2.\frac{\sqrt{1 - x^2}}{(1 + x)}}{1 - \frac{1 - x^2}{(1 + x)^2}} 2 tan − 1 1 + x 1 − x 2 = tan − 1 1 − ( 1 + x ) 2 1 − x 2 2. ( 1 + x ) 1 − x 2
= tan − 1 1 − x 2 x = cos − 1 x = \tan^{-1}\frac{\sqrt{1 - x^2}}{x} = \cos^{-1}x = tan − 1 x 1 − x 2 = cos − 1 x
We have to prove that sin − 1 x + cos − 1 y = tan − 1 x y + ( 1 − x 2 ) ( 1 − y 2 ) y 1 − x 2 − x 1 − y 2 \sin^{-1}x + \cos^{-1}y = \tan^{-1}\frac{xy + \sqrt{(1 - x^2)(1 - y^2)}}{y\sqrt{1 - x^2} -
x\sqrt{1 - y^2}} sin − 1 x + cos − 1 y = tan − 1 y 1 − x 2 − x 1 − y 2 x y + ( 1 − x 2 ) ( 1 − y 2 )
L.H.S. = sin − 1 x + cos − 1 y = sin − 1 x + sin − 1 1 − y 2 = \sin^{-1}x + \cos^{-1}y = \sin^{-1}x + \sin^{-1}\sqrt{1 - y^2} = sin − 1 x + cos − 1 y = sin − 1 x + sin − 1 1 − y 2
= sin − 1 [ x 1 − ( 1 − y 2 ) + 1 − y 2 1 − x 2 ] = \sin^{-1}[x\sqrt{1 -(1 - y^2)} + \sqrt{1 - y^2}\sqrt{1 - x^2}] = sin − 1 [ x 1 − ( 1 − y 2 ) + 1 − y 2 1 − x 2 ]
= tan − 1 x y + 1 − x 2 1 − y 2 1 − ( x y + 1 − x 2 ( 1 − y 2 ) ) 2 =\tan^{-1}\frac{xy + \sqrt{1 - x^2}\sqrt{1 - y^2}}{\sqrt{1 - (xy + \sqrt{1 - x^2}(1 - y^2))^2}} = tan − 1 1 − ( x y + 1 − x 2 ( 1 − y 2 ) ) 2 x y + 1 − x 2 1 − y 2
= tan − 1 x y + 1 − x 2 1 − y 2 1 − x 2 y 2 − ( 1 − x 2 ) ( 1 − y 2 ) − 2 x y 1 − x 2 1 − y 2 =\tan^{-1}\frac{xy + \sqrt{1 - x^2}\sqrt{1 - y^2}}{\sqrt{1 - x^2y^2 - (1 - x^2)(1 - y^2) - 2xy\sqrt{1 - x^2}\sqrt{1 -
y^2}}} = tan − 1 1 − x 2 y 2 − ( 1 − x 2 ) ( 1 − y 2 ) − 2 x y 1 − x 2 1 − y 2 x y + 1 − x 2 1 − y 2
= tan − 1 x y + 1 − x 2 1 − y 2 x 2 + y 2 − 2 x y 1 − x 2 1 − y 62 = \tan^{-1}\frac{xy + \sqrt{1 - x^2}\sqrt{1 - y^2}}{\sqrt{x^2 + y^2 - 2xy\sqrt{1 - x^2}\sqrt{1 - y62}}} = tan − 1 x 2 + y 2 − 2 x y 1 − x 2 1 − y 62 x y + 1 − x 2 1 − y 2
= tan − 1 x y + ( 1 − x 2 ) ( 1 − y 2 ) y 1 − x 2 − x 1 − y 2 = \tan^{-1}\frac{xy + \sqrt{(1 - x^2)(1 - y^2)}}{y\sqrt{1 - x^2} - x\sqrt{1 - y^2}} = tan − 1 y 1 − x 2 − x 1 − y 2 x y + ( 1 − x 2 ) ( 1 − y 2 )
We have to prove that tan − 1 x + tan − 1 y = 1 2 sin − 1 2 ( x + y ) ( 1 − x y ) ( 1 + x 2 ) ( 1 + y 2 ) \tan^{-1}x + \tan^{-1}y = \frac{1}{2}\sin^{-1}\frac{2(x + y)(1 - xy)}{(1 + x^2)(1 + y^2)} tan − 1 x + tan − 1 y = 2 1 sin − 1 ( 1 + x 2 ) ( 1 + y 2 ) 2 ( x + y ) ( 1 − x y )
or 2 ( tan − 1 x + tan − 1 y = sin − 1 2 ( x + y ) ( 1 − x y ) ( 1 + x 2 ) ( 1 + y 2 ) 2(\tan^{-1}x + \tan^{-1}y = \sin^{-1}\frac{2(x + y)(1 - xy)}{(1 + x^2)(1 + y^2)} 2 ( tan − 1 x + tan − 1 y = sin − 1 ( 1 + x 2 ) ( 1 + y 2 ) 2 ( x + y ) ( 1 − x y )
L.H.S. 2 tan − 1 x + y 1 − x y = tan − 1 2. x + y 1 − x y 1 − ( x + y ) 2 ( 1 − x y ) 2 2\tan^{-1}\frac{x + y}{1 - xy} = \tan^{-1}\frac{2.\frac{x + y}{1 - xy}}{1 - \frac{(x + y)^2}{(1 - xy)^2}} 2 tan − 1 1 − x y x + y = tan − 1 1 − ( 1 − x y ) 2 ( x + y ) 2 2. 1 − x y x + y
= tan − 1 2 ( x + y ) ( 1 − x y ) ( 1 + x 2 y 2 − 2 x y − x 2 − Y 2 − 2 x y ) = \tan^{-1}\frac{2(x + y)(1 - xy)}{(1 + x^2y^2 - 2xy - x^2 - Y^2 - 2xy)} = tan − 1 ( 1 + x 2 y 2 − 2 x y − x 2 − Y 2 − 2 x y ) 2 ( x + y ) ( 1 − x y )
= sin − 1 2 ( x + y ) ( 1 − x y ) 4 ( x + y ) 2 ( 1 − x y ) 2 + ( 1 + 2 x 2 y 2 − 4 x y − x 2 − y 2 ) 2 = \sin^{-1}\frac{2(x + y)(1 - xy)}{\sqrt{4(x + y)^2(1 - xy)^2 + (1 + 2x^2y^2 - 4xy - x^2 - y^2)^2}} = sin − 1 4 ( x + y ) 2 ( 1 − x y ) 2 + ( 1 + 2 x 2 y 2 − 4 x y − x 2 − y 2 ) 2 2 ( x + y ) ( 1 − x y )
= sin − 1 2 ( x + y ) ( 1 − x y ) ( 1 + x 2 ) ( 1 + y 2 ) = \sin^{-1}\frac{2(x + y)(1 - xy)}{(1 + x^2)(1 + y^2)} = sin − 1 ( 1 + x 2 ) ( 1 + y 2 ) 2 ( x + y ) ( 1 − x y )
We have to prove that 2 tan − 1 ( cosec tan − 1 x − tan cot − 1 x ) = tan − 1 x 2\tan^{-1}(\cosec\tan^{-1}x - \tan\cot^{-1}x) = \tan^{-1}x 2 tan − 1 ( cosec tan − 1 x − tan cot − 1 x ) = tan − 1 x
L.H.S. = 2 tan − 1 ( cosec tan − 1 x − tan cot − 1 x ) = 2\tan^{-1}(\cosec\tan^{-1}x - \tan\cot^{-1}x) = 2 tan − 1 ( cosec tan − 1 x − tan cot − 1 x )
= 2 tan − 1 ( cosec cosec − 1 1 + x 2 x − tan tan − 1 1 x ) = 2\tan^{-1}\left(\cosec\cosec^{-1}\frac{\sqrt{1 + x^2}}{x} - \tan\tan^{-1}\frac{1}{x}\right) = 2 tan − 1 ( cosec cosec − 1 x 1 + x 2 − tan tan − 1 x 1 )
= 2 tan − 1 ( 1 + x 2 x − 1 x ) = 2 tan − 1 1 + x 2 − 1 x = 2\tan^{-1}\left(\frac{\sqrt{1 + x^2}}{x} - \frac{1}{x}\right) = 2\tan^{-1}\frac{\sqrt{1 + x^2} - 1}{x} = 2 tan − 1 ( x 1 + x 2 − x 1 ) = 2 tan − 1 x 1 + x 2 − 1
= tan − 1 2. 1 + x 2 − 1 x 1 − ( 1 + x 2 − 1 x ) 2 = \tan^{-1}\frac{2.\frac{\sqrt{1 + x^2} - 1}{x}}{1 - \left(\frac{\sqrt{1 + x^2} - 1}{x}\right)^2} = tan − 1 1 − ( x 1 + x 2 − 1 ) 2 2. x 1 + x 2 − 1
= tan − 1 x = \tan^{-1}x = tan − 1 x
We have to prove that cos tan − 1 sin cot − 1 x = x 2 + 1 x 2 + 2 \cos\tan^{-1}\sin\cot^{-1}x = \sqrt{\frac{x^2 + 1}{x^2 + 2}} cos tan − 1 sin cot − 1 x = x 2 + 2 x 2 + 1
L.H.S. = cos tan − 1 sin cot − 1 x = cos tan − 1 sin sin − 1 1 1 + x 2 = \cos\tan^{-1}\sin\cot^{-1}x = \cos\tan^{-1}\sin\sin^{-1}\frac{1}{\sqrt{1 + x^2}} = cos tan − 1 sin cot − 1 x = cos tan − 1 sin sin − 1 1 + x 2 1
= cos tan − 1 1 1 + x 2 = cos cos − 1 1 + x 2 x 2 + 2 = \cos\tan^{-1}\frac{1}{\sqrt{1 + x^2}} = \cos\cos^{-1}\frac{\sqrt{1 + x^2}}{\sqrt{x^2 + 2}} = cos tan − 1 1 + x 2 1 = cos cos − 1 x 2 + 2 1 + x 2
= x 2 + 1 x 2 + 2 = \sqrt{\frac{x^2 + 1}{x^2 + 2}} = x 2 + 2 x 2 + 1
Clearly in a triangle A + B + C = π A + B + C = \pi A + B + C = π where A , B , C A, B, C A , B , C are angled of the triangle.
Thus, π − C = A + B \pi - C = A + B π − C = A + B
Given A + B = tan − 1 2 + tan − 1 3 = tan − 1 2 + 3 1 − 2.3 = tan − 1 − 1 = 3 π 4 A + B = \tan^{-1}2 + \tan^{-1}3 = \tan^{-1}\frac{2 + 3}{1 - 2.3} = \tan^{-1}-1 = \frac{3\pi}{4} A + B = tan − 1 2 + tan − 1 3 = tan − 1 1 − 2.3 2 + 3 = tan − 1 − 1 = 4 3 π
C = π − 3 π / 4 = π / 4 C = \pi - 3\pi/4 = \pi/4 C = π − 3 π /4 = π /4
Given cos − 1 x + cos − 1 y + cos − 1 z = π \cos^{-1}x + \cos^{-1}y + \cos^{-1}z = \pi cos − 1 x + cos − 1 y + cos − 1 z = π
⇒ cos − 1 x + cos − 1 y = π − cos − 1 z \Rightarrow \cos^{-1}x + \cos^{-1}y = \pi - \cos^{-1}z ⇒ cos − 1 x + cos − 1 y = π − cos − 1 z
⇒ x y − 1 − x 2 1 − y 2 = cos ( π − cos − 1 z ) = − z \Rightarrow xy - \sqrt{1 - x^2}\sqrt{1 - y^2} = \cos(\pi - \cos^{-1}z) = -z ⇒ x y − 1 − x 2 1 − y 2 = cos ( π − cos − 1 z ) = − z
⇒ x y + z = 1 − x 2 1 − y 2 \Rightarrow xy + z = \sqrt{1 - x^2}\sqrt{1 - y^2} ⇒ x y + z = 1 − x 2 1 − y 2
Squaring, we get
x 2 y 2 + z 2 + 2 x y z = 1 − x 2 − y 2 + x 2 y 2 x^2y^2 + z^2 + 2xyz = 1 - x^2 - y^2 + x^2y^2 x 2 y 2 + z 2 + 2 x yz = 1 − x 2 − y 2 + x 2 y 2
⇒ x 2 + y 2 + z 2 + 2 x y z = 1 \Rightarrow x^2 + y^2 + z^2 + 2xyz = 1 ⇒ x 2 + y 2 + z 2 + 2 x yz = 1
Given cos − 1 x 2 + cos − 1 y 3 = θ \cos^{-1}\frac{x}{2}+ \cos^{-1}\frac{y}{3} = \theta cos − 1 2 x + cos − 1 3 y = θ
⇒ cos − 1 [ x y 6 − ( 4 − x 2 ) ( 9 − y 2 ) 6 ] = θ \Rightarrow \cos^{-1}\left[\frac{xy}{6} - \frac{\sqrt{(4 - x^2)(9 - y^2)}}{6}\right] = \theta ⇒ cos − 1 [ 6 x y − 6 ( 4 − x 2 ) ( 9 − y 2 ) ] = θ
⇒ x y − 6 cos θ = ( 4 − x 2 ) ( 9 − y 2 ) \Rightarrow xy - 6\cos\theta = \sqrt{(4 - x^2)(9 - y^2)} ⇒ x y − 6 cos θ = ( 4 − x 2 ) ( 9 − y 2 )
Squaring, we get
x 2 y 2 + 36 cos 2 θ − 12 x y cos θ = 36 − 9 x 2 − 4 y 2 + x 2 y 2 x^2y^2 + 36\cos^2\theta - 12xy\cos\theta = 36 -9x^2 - 4y^2 + x^2y^2 x 2 y 2 + 36 cos 2 θ − 12 x y cos θ = 36 − 9 x 2 − 4 y 2 + x 2 y 2
⇒ 9 x 2 − 12 x y cos θ + 4 y 2 = 36 sin 2 θ \Rightarrow 9x^2 - 12xy\cos\theta + 4y^2 = 36\sin^2\theta ⇒ 9 x 2 − 12 x y cos θ + 4 y 2 = 36 sin 2 θ
Let x r y z = a , y r z x = b \sqrt{\frac{xr}{yz}} = a, \sqrt{\frac{yr}{zx}} = b yz x r = a , z x yr = b and z r x y = c \sqrt{\frac{zr}{xy}} = c x y zr = c
Then, L.H.S. = tan − 1 a + tan − 1 b + tan − 1 c = a + b + c − a b c 1 − a b − b c − c a = \tan^{-1}a + \tan^{-1}b + \tan^{-1}c = \frac{a + b + c- abc}{1 - ab - bc - ca} = tan − 1 a + tan − 1 b + tan − 1 c = 1 − ab − b c − c a a + b + c − ab c
Now, a + b + c − a b c = x r + y r + z r x y z − r r x y z a + b + c - abc = \frac{x\sqrt{r} + y\sqrt{r} + z\sqrt{r}}{\sqrt{xyz}} - \frac{r\sqrt{r}}{\sqrt{xyz}} a + b + c − ab c = x yz x r + y r + z r − x yz r r
= r ( x + y + z ) − r r x y z = 0 = \frac{\sqrt{r}(x + y + z) - r\sqrt{r}}{\sqrt{xyz}} = 0 = x yz r ( x + y + z ) − r r = 0
and, 1 − a b − b c − c a = 1 − r [ 1 x + 1 y + 1 z ] ≠ 0 [ ∵ 1 x + 1 y + 1 z ≠ 1 r ] 1 - ab - bc - ca = 1- r\left[\frac{1}{x} + \frac{1}{y} + \frac{1}{z}\right]\neq 0[\because \frac{1}{x} +
\frac{1}{y} + \frac{1}{z}\neq \frac{1}{r}] 1 − ab − b c − c a = 1 − r [ x 1 + y 1 + z 1 ] = 0 [ ∵ x 1 + y 1 + z 1 = r 1 ]
⇒ \Rightarrow ⇒ L.H.S. = 0 = n π = 0 = n\pi = 0 = nπ and hence principal value is π \pi π because sum of three positive angles
cannot be zero or negative.
Given u = cot − 1 cos 2 θ − tan − 1 cos 2 θ u = \cot^{-1}\sqrt{\cos2\theta} - \tan^{-1}\sqrt{\cos2\theta} u = cot − 1 cos 2 θ − tan − 1 cos 2 θ
sin u = sin [ cot − 1 cos 2 θ − tan − 1 cos 2 θ ] \sin u = \sin[\cot^{-1}\sqrt{\cos2\theta} - \tan^{-1}\sqrt{\cos2\theta}] sin u = sin [ cot − 1 cos 2 θ − tan − 1 cos 2 θ ]
= sin [ tan − 1 1 cos 2 θ − tan − 1 cos 2 θ ] = \sin\left[\tan^{-1}\frac{1}{\sqrt{\cos2\theta}} - \tan^{-1}\sqrt{\cos2\theta}\right] = sin [ tan − 1 c o s 2 θ 1 − tan − 1 cos 2 θ ]
= sin [ tan − 1 1 cos 2 θ − cos 2 θ 1 + 1 ] =\sin\left[\tan^{-1}\frac{\frac{1}{\sqrt{\cos2\theta}} - \sqrt{\cos2\theta}}{1 + 1}\right] = sin [ tan − 1 1 + 1 c o s 2 θ 1 − c o s 2 θ ]
= sin [ tan − 1 1 2 2 sin 2 θ cos 2 θ ] =\sin\left[\tan^{-1}\frac{1}{2}\frac{2\sin^2\theta}{\sqrt{\cos2\theta}}\right] = sin [ tan − 1 2 1 c o s 2 θ 2 s i n 2 θ ]
= sin [ sin − 1 sin 2 θ sin 4 θ + cos 2 θ ] = \sin\left[\sin^{-1}\frac{\sin^2\theta}{\sqrt{\sin^4\theta + \cos2\theta}}\right] = sin [ sin − 1 s i n 4 θ + c o s 2 θ s i n 2 θ ]
= sin [ sin − 1 sin 2 θ ( 1 − sin 2 θ ) ] = sin sin − 1 tan 2 θ = tan 2 θ = \sin\left[\sin^{-1}\frac{\sin^2\theta}{(1 - \sin^2\theta)}\right] = \sin\sin^{-1}\tan^2\theta = \tan^2\theta = sin [ sin − 1 ( 1 − s i n 2 θ ) s i n 2 θ ] = sin sin − 1 tan 2 θ = tan 2 θ
Given cos − 1 x 3 + cos − 1 x = π 2 \cos^{-1}x\sqrt{3} + \cos^{-1}x = \frac{\pi}{2} cos − 1 x 3 + cos − 1 x = 2 π
cos − 1 x 3 = π 2 − cos − 1 x ⇒ cos cos − 1 x 3 = cos ( π 2 − cos − 1 x ) \cos^{-1}x\sqrt{3} = \frac{\pi}{2} - \cos^{-1}x \Rightarrow \cos\cos^{-1}x\sqrt{3} = \cos\left(\frac{\pi}{2} -
\cos^{-1}x\right) cos − 1 x 3 = 2 π − cos − 1 x ⇒ cos cos − 1 x 3 = cos ( 2 π − cos − 1 x )
⇒ x 3 = sin cos − 1 x = sin sin − 1 1 − x 2 \Rightarrow x\sqrt{3} = \sin\cos^{-1}x = \sin\sin^{-1}\sqrt{1 - x^2} ⇒ x 3 = sin cos − 1 x = sin sin − 1 1 − x 2
⇒ x 3 = 1 − x 2 \Rightarrow x\sqrt{3} = \sqrt{1 - x^2} ⇒ x 3 = 1 − x 2
⇒ 3 x 2 = 1 − x 2 ⇒ x = ± 1 2 \Rightarrow 3x^2 = 1 - x^2 \Rightarrow x = \pm\frac{1}{2} ⇒ 3 x 2 = 1 − x 2 ⇒ x = ± 2 1
Case I: When x = 1 2 , x = \frac{1}{2}, x = 2 1 , given equation becomes
cos − 1 3 2 + cos − 1 1 2 = π 6 + π 3 = π 2 \cos^{-1}\frac{\sqrt{3}}{2} + \cos^{-1}\frac{1}{2} = \frac{\pi}{6} + \frac{\pi}{3} = \frac{\pi}{2} cos − 1 2 3 + cos − 1 2 1 = 6 π + 3 π = 2 π
Case II: When x = − 1 2 , x = -\frac{1}{2}, x = − 2 1 ,
cos − 1 − 3 2 + cos − 1 − 1 2 = π − cos − 1 3 2 + π − cos − 1 1 2 \cos^{-1}-\frac{\sqrt{3}}{2} + \cos^{-1}-\frac{1}{2} = \pi - \cos^{-1}\frac{\sqrt{3}}{2} + \pi - \cos^{-1}\frac{1}{2} cos − 1 − 2 3 + cos − 1 − 2 1 = π − cos − 1 2 3 + π − cos − 1 2 1
= 3 π 2 ≠ π 2 = \frac{3\pi}{2}\neq \frac{\pi}{2} = 2 3 π = 2 π
Thus, x = 1 2 x = \frac{1}{2} x = 2 1 is the only solution.
Given equation is sin − 1 x + sin − 1 2 x = π 3 \sin^{-1}x + \sin^{-1}2x = \frac{\pi}{3} sin − 1 x + sin − 1 2 x = 3 π
⇒ sin − 1 x + sin − 1 2 x = sin − 1 3 2 \Rightarrow \sin^{-1}x + \sin^{-1}2x = \sin^{-1}\frac{\sqrt{3}}{2} ⇒ sin − 1 x + sin − 1 2 x = sin − 1 2 3
⇒ sin − 1 x − sin − 1 3 2 = − sin − 1 2 x \Rightarrow \sin{-1}x - \sin^{-1}\frac{\sqrt{3}}{2} = -\sin^{-1}2x ⇒ sin − 1 x − sin − 1 2 3 = − sin − 1 2 x
⇒ sin − 1 [ x 2 − 3 2 1 − x 2 ] = − sin − 1 2 x \Rightarrow \sin^{-1}\left[\frac{x}{2} - \frac{\sqrt{3}}{2}\sqrt{1 - x^2}\right] = -\sin^{-1}2x ⇒ sin − 1 [ 2 x − 2 3 1 − x 2 ] = − sin − 1 2 x
⇒ x − 3 ( 1 − x 2 ) = − 4 x ⇒ 25 x 2 = 3 ( 1 − x 2 ) ⇒ x = ± 3 2 7 \Rightarrow x - \sqrt{3(1 - x^2)} = -4x \Rightarrow 25x^2 = 3(1 - x^2) \Rightarrow x = \pm\frac{\sqrt{3}}{2\sqrt{7}} ⇒ x − 3 ( 1 − x 2 ) = − 4 x ⇒ 25 x 2 = 3 ( 1 − x 2 ) ⇒ x = ± 2 7 3
Clearly, x = − 3 2 7 x = -\frac{\sqrt{3}}{2\sqrt{7}} x = − 2 7 3 as angles will become negative and won’t satisfy the equality.
Given, tan − 1 x + tan − 1 y + tan − 1 z = π 2 , \tan^{-1}x + \tan^{-1}y + \tan^{-1}z= \frac{\pi}{2}, tan − 1 x + tan − 1 y + tan − 1 z = 2 π , we have to prove that x y + y z + z x = 1 xy + yz + zx = 1 x y + yz + z x = 1
tan − 1 x + tan − 1 y + tan − 1 z = π 2 \tan^{-1}x + \tan^{-1}y + \tan^{-1}z= \frac{\pi}{2} tan − 1 x + tan − 1 y + tan − 1 z = 2 π
⇒ tan − 1 x + y + z − x y z 1 − x y − y z − z x = π 2 \Rightarrow \tan^{-1}\frac{x + y + z - xyz}{1 - xy - yz - zx} = \frac{\pi}{2} ⇒ tan − 1 1 − x y − yz − z x x + y + z − x yz = 2 π
⇒ x + y + z − x y z 1 − x y − y z − z x = ∞ \Rightarrow \frac{x + y + z - xyz}{1 - xy - yz - zx} = \infty ⇒ 1 − x y − yz − z x x + y + z − x yz = ∞
⇒ 1 − x y − y z − z x = 0 \Rightarrow 1 - xy - yz - zx = 0 ⇒ 1 − x y − yz − z x = 0
⇒ x y + y z + z x = 1 \Rightarrow x y + yz + zx = 1 ⇒ x y + yz + z x = 1
Given tan − 1 x + tan − 1 y + tan − 1 z = π , \tan^{-1}x + \tan^{-1}y + \tan^{-1}z= \pi, tan − 1 x + tan − 1 y + tan − 1 z = π , we have to prove that x + y + z = x y z x + y + z = xyz x + y + z = x yz
tan − 1 x + tan − 1 y + tan − 1 z = π \tan^{-1}x + \tan^{-1}y + \tan^{-1}z= \pi tan − 1 x + tan − 1 y + tan − 1 z = π
⇒ tan − 1 x + y + z − x y z 1 − x y − y z − z x = π \Rightarrow \tan^{-1}\frac{x + y + z - xyz}{1 - xy - yz - zx} = \pi ⇒ tan − 1 1 − x y − yz − z x x + y + z − x yz = π
⇒ x + y + z − x y z 1 − x y − y z − z x = tan π = 0 \Rightarrow \frac{x + y + z - xyz}{1 - xy - yz - zx} = \tan \pi = 0 ⇒ 1 − x y − yz − z x x + y + z − x yz = tan π = 0
⇒ x + y + z = x y z \Rightarrow x + y + z = xyz ⇒ x + y + z = x yz
Given sin − 1 x + sin − 1 y = π 2 , \sin^{-1}x + \sin^{-1}y = \frac{\pi}{2}, sin − 1 x + sin − 1 y = 2 π , we have to prove that x 1 − y 2 + y 1 − x 2 = 1 x\sqrt{1 - y^2} + y\sqrt{1 - x^2} = 1 x 1 − y 2 + y 1 − x 2 = 1
⇒ sin − 1 ( x 1 − y 2 + y 1 − x 2 ) = π 2 \Rightarrow \sin^{-1}(x\sqrt{1 - y^2} + y\sqrt{1 - x^2}) = \frac{\pi}{2} ⇒ sin − 1 ( x 1 − y 2 + y 1 − x 2 ) = 2 π
⇒ x 1 − y 2 + y 1 − x 2 = 1 \Rightarrow x\sqrt{1 - y^2} + y\sqrt{1 - x^2} = 1 ⇒ x 1 − y 2 + y 1 − x 2 = 1
Give sin − 1 x + sin − 1 y + sin − 1 z = π , \sin^{-1}x + \sin^{-1}y + \sin^{-1}z = \pi, sin − 1 x + sin − 1 y + sin − 1 z = π , we have to prove that x 1 − x 2 + y 1 − y 2 + z 1 − z 2 = 2 x y z x\sqrt{1 - x^2} + y\sqrt{1 - y^2} +
z\sqrt{1 - z^2} = 2xyz x 1 − x 2 + y 1 − y 2 + z 1 − z 2 = 2 x yz
Let sin − 1 x = A , sin − 1 y = B \sin^{-1}x = A, \sin^{-1}y = B sin − 1 x = A , sin − 1 y = B and sin − 1 z = C \sin^{-1}z = C sin − 1 z = C
Then, A + B + C = π ⇒ A + B = π − C A + B + C = \pi \Rightarrow A + B = \pi - C A + B + C = π ⇒ A + B = π − C
We have to prove that sin A 1 − sin 2 A + B 1 − sin 2 B + z 1 − sin 2 C = 2 sin A sin B sin C \sin A\sqrt{1 - \sin^2A} + B\sqrt{1 - \sin^2B} + z\sqrt{1 - \sin^2C} = 2\sin A\sin B\sin C sin A 1 − sin 2 A + B 1 − sin 2 B + z 1 − sin 2 C = 2 sin A sin B sin C
L.H.S. = sin A cos A + sin B cos B + sin C cos C = \sin A\cos A + \sin B\cos B + \sin C\cos C = sin A cos A + sin B cos B + sin C cos C
= 1 2 ( sin 2 A + sin 2 B + sin 2 C ) = sin ( A + B ) cos ( A − B ) + sin C cos [ π − ( A + B ) ] = \frac{1}{2}(\sin 2A + \sin 2B + \sin 2C) = \sin(A + B)\cos(A - B) + \sin C\cos[\pi - (A + B)] = 2 1 ( sin 2 A + sin 2 B + sin 2 C ) = sin ( A + B ) cos ( A − B ) + sin C cos [ π − ( A + B )]
= sin C [ cos ( A − B ) − cos ( A + B ) ] [ ∵ sin ( A + B ) = sin ( π − C ) = sin C ] = \sin C[\cos(A - B) - \cos(A + B)][\because \sin(A + B) = \sin(\pi - C) = \sin C] = sin C [ cos ( A − B ) − cos ( A + B )] [ ∵ sin ( A + B ) = sin ( π − C ) = sin C ]
= 2 sin A sin B sin C = = 2\sin A\sin B \sin C = = 2 sin A sin B sin C = R.H.S.
Form given conditions 2 tan − 1 y = tan x + tan − 1 z 2\tan^{-1}y = \tan^{x} + \tan^{-1}z 2 tan − 1 y = tan x + tan − 1 z and 2 y = x + z 2y = x + z 2 y = x + z
⇒ 2 y 1 − y 2 = x + z 1 − z x \Rightarrow \frac{2y}{1 - y^2} = \frac{x + z}{1 - zx} ⇒ 1 − y 2 2 y = 1 − z x x + z
⇒ 1 − y 2 = 1 − z x ⇒ y 2 = z x \Rightarrow 1 - y^2 = 1 - zx \Rightarrow y^2 = zx ⇒ 1 − y 2 = 1 − z x ⇒ y 2 = z x
i.e. A.M. = G.M which is true only if x = y = z x = y = z x = y = z
Given cot − 1 x + sin − 1 1 5 = π 4 \cot^{-1}x + \sin^{-1}\frac{1}{\sqrt{5}} = \frac{\pi}{4} cot − 1 x + sin − 1 5 1 = 4 π
⇒ cot − 1 x + cot − 1 ( 5 ) 2 − 1 = π 4 \Rightarrow \cot^{-1}x + \cot^{-1}\sqrt{(\sqrt{5})^2 - 1} = \frac{\pi}{4} ⇒ cot − 1 x + cot − 1 ( 5 ) 2 − 1 = 4 π
⇒ cot − 1 x + cot − 1 2 = π 4 \Rightarrow \cot^{-1}x + \cot^{-1}2 = \frac{\pi}{4} ⇒ cot − 1 x + cot − 1 2 = 4 π
⇒ 2 x − 1 x + 2 = cot π 4 = 1 ⇒ x = 3 \Rightarrow \frac{2x - 1}{x + 2} = \cot\frac{\pi}{4} = 1 \Rightarrow x = 3 ⇒ x + 2 2 x − 1 = cot 4 π = 1 ⇒ x = 3
We have to solve tan − 1 2 x + tan − 1 3 x = π 4 \tan^{-1}2x + \tan^{-1}3x = \frac{\pi}{4} tan − 1 2 x + tan − 1 3 x = 4 π
⇒ tan − 1 2 x + 3 x 1 − 2 x . 3 x = π 4 \Rightarrow \tan^{-1}\frac{2x + 3x}{1 - 2x.3x} = \frac{\pi}{4} ⇒ tan − 1 1 − 2 x .3 x 2 x + 3 x = 4 π
⇒ 5 x 1 − 6 x 2 = tan π 4 = 1 \Rightarrow \frac{5x}{1 - 6x^2} = \tan\frac{\pi}{4} =1 ⇒ 1 − 6 x 2 5 x = tan 4 π = 1
⇒ 6 x 2 + 5 x − 1 = 0 ⇒ ( 6 x − 1 ) ( x + 1 ) = = 0 \Rightarrow 6x^2 + 5x - 1 = 0 \Rightarrow (6x - 1)(x + 1) = = 0 ⇒ 6 x 2 + 5 x − 1 = 0 ⇒ ( 6 x − 1 ) ( x + 1 ) == 0
⇒ x = − 1 , 1 6 \Rightarrow x = -1, \frac{1}{6} ⇒ x = − 1 , 6 1
Clearly, x = − 1 x = -1 x = − 1 does not satisfy the equation ∴ x = 1 6 \therefore x = \frac{1}{6} ∴ x = 6 1
We have to solve tan − 1 x + tan − 1 2 x 1 − x 2 = π 3 \tan^{-1} x + \tan^{-1}\frac{2x}{1 - x^2} = \frac{\pi}{3} tan − 1 x + tan − 1 1 − x 2 2 x = 3 π
⇒ tan − 1 x + 2 tan − 1 x = π 3 \Rightarrow \tan^{-1}x + 2\tan^{-1}x = \frac{\pi}{3} ⇒ tan − 1 x + 2 tan − 1 x = 3 π
⇒ 3 tan − 1 x = π 3 \Rightarrow 3\tan^{-1}x = \frac{\pi}{3} ⇒ 3 tan − 1 x = 3 π
⇒ x = tan π 9 \Rightarrow x = \tan\frac{\pi}{9} ⇒ x = tan 9 π
We have to solve Solve tan − 1 1 2 = cot − 1 x + tan − 1 1 7 \tan^{-1}\frac{1}{2} = \cot^{-1}x + \tan^{-1}\frac{1}{7} tan − 1 2 1 = cot − 1 x + tan − 1 7 1
⇒ tan − 1 1 2 − tan − 1 1 7 = tan − 1 1 x \Rightarrow \tan^{-1}\frac{1}{2} - \tan^{-1}\frac{1}{7} = \tan^{-1}\frac{1}{x} ⇒ tan − 1 2 1 − tan − 1 7 1 = tan − 1 x 1
⇒ tan − 1 1 2 − 1 7 1 − 1 2 . 1 7 = tan − 1 1 x \Rightarrow \tan^{-1}\frac{\frac{1}{2} - \frac{1}{7}}{1 - \frac{1}{2}.\frac{1}{7}} = \tan^{-1}\frac{1}{x} ⇒ tan − 1 1 − 2 1 . 7 1 2 1 − 7 1 = tan − 1 x 1
⇒ tan − 1 5 13 = tan − 1 1 x \Rightarrow \tan^{-1}\frac{5}{13} = \tan^{-1}\frac{1}{x} ⇒ tan − 1 13 5 = tan − 1 x 1
⇒ x = 13 5 \Rightarrow x = \frac{13}{5} ⇒ x = 5 13
We have to solve tan − 1 ( x − 1 ) + tan − 1 x + tan − 1 ( x + 1 ) = tan − 1 3 x \tan^{-1}(x - 1) + \tan^{-1}x + \tan^{-1}(x + 1) = \tan^{-1}3x tan − 1 ( x − 1 ) + tan − 1 x + tan − 1 ( x + 1 ) = tan − 1 3 x
⇒ tan − 1 ( x − 1 ) + tan − 1 ( x + 1 ) = tan − 1 3 x − tan − 1 x \Rightarrow \tan^{-1}(x - 1) + \tan^{-1}(x + 1) = \tan^{-1}3x - \tan^{-1}x ⇒ tan − 1 ( x − 1 ) + tan − 1 ( x + 1 ) = tan − 1 3 x − tan − 1 x
⇒ 2 x 2 − x 2 = 2 x 1 + 3 x 2 \Rightarrow \frac{2x}{2 - x^2} = \frac{2x}{1 + 3x^2} ⇒ 2 − x 2 2 x = 1 + 3 x 2 2 x
⇒ 2 x ( 4 x 2 − 1 ) = 0 \Rightarrow 2x(4x^2 - 1) = 0 ⇒ 2 x ( 4 x 2 − 1 ) = 0
x = 0 , ± 1 2 x = 0, \pm\frac{1}{2} x = 0 , ± 2 1
We have to solve tan − 1 x + 1 x − 1 + tan − 1 x − 1 x = π + tan − 1 ( − 7 ) \tan^{-1}\frac{x + 1}{x - 1} + \tan^{-1}\frac{x - 1}{x} = \pi + \tan^{-1}(-7) tan − 1 x − 1 x + 1 + tan − 1 x x − 1 = π + tan − 1 ( − 7 )
⇒ tan − 1 x 2 + x + x 2 − 2 x + 1 x − x − 1 = π + tan − 1 ( − 7 ) \Rightarrow \tan^{-1}\frac{x^2 + x + x^2 -2x + 1}{x - x - 1} = \pi + \tan^{-1}(-7) ⇒ tan − 1 x − x − 1 x 2 + x + x 2 − 2 x + 1 = π + tan − 1 ( − 7 )
⇒ 2 x 2 − x + 1 = 7 x − 7 ⇒ 2 x 2 − 8 x + 8 = 0 \Rightarrow 2x^2 - x + 1 = 7x - 7 \Rightarrow 2x^2 - 8x + 8 = 0 ⇒ 2 x 2 − x + 1 = 7 x − 7 ⇒ 2 x 2 − 8 x + 8 = 0
⇒ x 2 − 4 x + 4 = 0 ⇒ x = 2 \Rightarrow x^2 - 4x + 4 = 0 \Rightarrow x = 2 ⇒ x 2 − 4 x + 4 = 0 ⇒ x = 2
We have to solve cot − 1 ( a − 1 ) = cot − 1 x + cot − 1 ( a 2 − x + 1 ) \cot^{-1}(a - 1) = \cot^{-1}x + \cot^{-1}(a^2 - x + 1) cot − 1 ( a − 1 ) = cot − 1 x + cot − 1 ( a 2 − x + 1 )
cot a − 1 cot − 1 a 2 x − x 2 + x − 1 a 2 + 1 \cot^{a - 1} \cot^{-1}\frac{a^2x - x^2 + x - 1}{a^2 + 1} cot a − 1 cot − 1 a 2 + 1 a 2 x − x 2 + x − 1
⇒ a 3 − a 2 + a − 1 = a 2 x − x 2 + x − 1 \Rightarrow a^3 - a^2 + a - 1 = a^2x - x^2 + x - 1 ⇒ a 3 − a 2 + a − 1 = a 2 x − x 2 + x − 1
⇒ x 2 − ( 1 + a 2 ) x + ( a 3 − a 2 + a ) = 0 \Rightarrow x^2 - (1 + a^2)x + (a^3 - a^2 + a) = 0 ⇒ x 2 − ( 1 + a 2 ) x + ( a 3 − a 2 + a ) = 0
⇒ ( x − a ) [ x − ( a 2 − a + 1 ) ] = 0 \Rightarrow (x - a)[x - (a^2 - a + 1)] = 0 ⇒ ( x − a ) [ x − ( a 2 − a + 1 )] = 0
⇒ x = a , a 2 − a + 1 \Rightarrow x = a, a^2 - a + 1 ⇒ x = a , a 2 − a + 1
We have to solve sin − 1 2 α 1 + α 2 + sin − 1 2 β 1 + β 2 = 2 tan − 1 x \sin^{-1}\frac{2\alpha}{1 + \alpha^2} + \sin^{-1}\frac{2\beta}{1 + \beta^2} = 2\tan^{-1}x sin − 1 1 + α 2 2 α + sin − 1 1 + β 2 2 β = 2 tan − 1 x
We know that 2 tan − 1 x = sin − 1 2 x 1 + x 2 2\tan^{-1}x = \sin^{-1}\frac{2x}{1 + x^2} 2 tan − 1 x = sin − 1 1 + x 2 2 x
Thus, given equation becomes 2 ( tan − 1 α + tan − 1 β ) = 2 tan − 1 x 2(\tan^{-1}\alpha + \tan^{-1}\beta) = 2\tan^{-1}x 2 ( tan − 1 α + tan − 1 β ) = 2 tan − 1 x
⇒ x = α + β 1 − α β \Rightarrow x = \frac{\alpha + \beta}{1 - \alpha\beta} ⇒ x = 1 − α β α + β
We have to solve cos − 1 x 2 − 1 x 2 + 1 + tan − 1 2 x x 2 − 1 = 2 π 3 \cos^{-1}\frac{x^2 - 1}{x^2 + 1} + \tan^{-1}\frac{2x}{x^2 - 1} = \frac{2\pi}{3} cos − 1 x 2 + 1 x 2 − 1 + tan − 1 x 2 − 1 2 x = 3 2 π
Case I: ⇒ π − 2 tan − 1 x − 2 tan − 1 x = 2 π 3 \Rightarrow \pi - 2\tan^{-1}x - 2\tan^{-1}x = \frac{2\pi}{3} ⇒ π − 2 tan − 1 x − 2 tan − 1 x = 3 2 π
⇒ tan − 1 x = π 12 \Rightarrow \tan^{-1}x = \frac{\pi}{12} ⇒ tan − 1 x = 12 π
x = 2 − 3 x = 2 - \sqrt{3} x = 2 − 3
Case II: ⇒ π − 2 tan − 1 x + π − 2 tan − 1 x = 2 π 3 \Rightarrow \pi - 2\tan^{-1}x + \pi - 2\tan^{-1}x = \frac{2\pi}{3} ⇒ π − 2 tan − 1 x + π − 2 tan − 1 x = 3 2 π
tan − 1 x = π 3 ⇒ x = 3 \tan^{-1}x = \frac{\pi}{3} \Rightarrow x = \sqrt{3} tan − 1 x = 3 π ⇒ x = 3
We have to solve sin − 1 2 a 1 + a 2 + cos − 1 1 − b 2 1 + b 2 = 2 tan − 1 x \sin^{-1}\frac{2a}{1 + a^2} + \cos^{-1}\frac{1 - b^2}{1 + b^2} = 2\tan^{-1}x sin − 1 1 + a 2 2 a + cos − 1 1 + b 2 1 − b 2 = 2 tan − 1 x
⇒ 2 tan − 1 x + 2 tan − 1 b = 2 tan − 1 x \Rightarrow 2\tan^{-1}x + 2\tan^{-1}b = 2\tan^{-1}x ⇒ 2 tan − 1 x + 2 tan − 1 b = 2 tan − 1 x
x = a + b 1 − a b x = \frac{a + b}{1 - ab} x = 1 − ab a + b
We have to solve sin − 1 x + sin − 1 ( 1 − x ) = cos − 1 x \sin^{-1}x + \sin^{-1}(1 - x) = \cos^{-1}x sin − 1 x + sin − 1 ( 1 − x ) = cos − 1 x
⇒ sin − 1 ( x 2 x − x 2 + ( 1 − x ) 1 − x 2 ) = sin − 1 1 − x 2 \Rightarrow \sin^{-1}\left(x\sqrt{2x - x^2} + (1 - x)\sqrt{1 - x^2}\right) = \sin^{-1}\sqrt{1 - x^2} ⇒ sin − 1 ( x 2 x − x 2 + ( 1 − x ) 1 − x 2 ) = sin − 1 1 − x 2
⇒ x 2 x − x 2 + ( 1 − x ) 1 − x 2 = 1 − x 2 \Rightarrow x\sqrt{2x - x^2} + (1 - x)\sqrt{1 - x^2} = \sqrt{1 - x^2} ⇒ x 2 x − x 2 + ( 1 − x ) 1 − x 2 = 1 − x 2
⇒ x 2 x − x 2 = x 1 − x 2 \Rightarrow x\sqrt{2x - x^2} = x\sqrt{1 - x^2} ⇒ x 2 x − x 2 = x 1 − x 2
Squaring, we get
⇒ x 2 ( 2 x − x 2 − 1 + x 2 ) = 0 \Rightarrow x^2\left(2x - x^2 -1 + x^2\right) = 0 ⇒ x 2 ( 2 x − x 2 − 1 + x 2 ) = 0
x = 0 , 1 2 x = 0, \frac{1}{2} x = 0 , 2 1
We have to solve tan − 1 a x + 1 2 sec − 1 b x = π 4 \tan^{-1}ax + \frac{1}{2}\sec^{-1}bx = \frac{\pi}{4} tan − 1 a x + 2 1 sec − 1 b x = 4 π
⇒ 2 tan − 1 a x + s e c − 1 b x = π 2 \Rightarrow 2\tan^{-1}ax + sec^{-1}bx = \frac{\pi}{2} ⇒ 2 tan − 1 a x + se c − 1 b x = 2 π
⇒ tan − 1 2 a x 1 − a 2 x 2 + tan − 1 1 − b 2 x 2 = π 2 \Rightarrow \tan^{-1}\frac{2ax}{1 - a^2x^2} + \tan^{-1}\sqrt{1 - b^2x^2} = \frac{\pi}{2} ⇒ tan − 1 1 − a 2 x 2 2 a x + tan − 1 1 − b 2 x 2 = 2 π
⇒ tan − 1 2 a x 1 − a 2 x 2 + 1 − b 2 x 2 1 − 2 a x 1 − a 2 x 2 1 − b 2 x 2 = π 2 \Rightarrow \tan^{-1}\frac{\frac{2ax}{1 - a^2x^2} + \sqrt{1 - b^2x^2}}{1 - \frac{2ax}{1 - a^2x^2}\sqrt{1 - b^2x^2}} =
\frac{\pi}{2} ⇒ tan − 1 1 − 1 − a 2 x 2 2 a x 1 − b 2 x 2 1 − a 2 x 2 2 a x + 1 − b 2 x 2 = 2 π
⇒ 1 − 2 a x 1 − a 2 x 2 1 − b 2 x 2 = 0 \Rightarrow 1 - \frac{2ax}{1 - a^2x^2}\sqrt{1 - b^2x^2} = 0 ⇒ 1 − 1 − a 2 x 2 2 a x 1 − b 2 x 2 = 0
⇒ 1 − a 2 x 2 − 2 a x 1 − b 2 x 2 = 0 \Rightarrow 1 - a^2x^2 - 2ax\sqrt{1 - b^2x^2} = 0 ⇒ 1 − a 2 x 2 − 2 a x 1 − b 2 x 2 = 0
⇒ 1 − 2 a 2 x 2 + a 4 x 4 = 4 a 2 x 2 ( 1 − b 2 x 2 ) \Rightarrow 1 - 2a^2x^2 + a^4x^4 = 4a^2x^2(1 - b^2x^2) ⇒ 1 − 2 a 2 x 2 + a 4 x 4 = 4 a 2 x 2 ( 1 − b 2 x 2 )
⇒ x = ± 1 2 a b − a 2 \Rightarrow x = \pm \frac{1}{\sqrt{2ab - a^2}} ⇒ x = ± 2 ab − a 2 1
We have to solve tan ( cos − 1 x ) = sin ( tan − 1 2 ) \tan(\cos^{-1}x) = \sin(\tan^{-1}2) tan ( cos − 1 x ) = sin ( tan − 1 2 )
⇒ tan tan − 1 1 − x 2 x = sin sin − 1 2 4 + 1 \Rightarrow \tan\tan^{-1}\frac{\sqrt{1 - x^2}}{x} = \sin\sin^{-1}\frac{2}{\sqrt{4 + 1}} ⇒ tan tan − 1 x 1 − x 2 = sin sin − 1 4 + 1 2
⇒ 1 − x 2 x = 2 5 \Rightarrow \frac{\sqrt{1 - x^2}}{x} = \frac{2}{\sqrt{5}} ⇒ x 1 − x 2 = 5 2
⇒ 5 ( 1 − x 2 ) = 4 x 2 ⇒ x = ± 5 3 \Rightarrow 5(1 - x^2) = 4x^2 \Rightarrow x = \pm\frac{\sqrt{5}}{3} ⇒ 5 ( 1 − x 2 ) = 4 x 2 ⇒ x = ± 3 5
We have to solve tan ( sec − 1 1 x ) = sin cos − 1 1 5 \tan\left(\sec^{-1}\frac{1}{x}\right) = \sin\cos^{-1}\frac{1}{\sqrt{5}} tan ( sec − 1 x 1 ) = sin cos − 1 5 1
⇒ tan tan − 1 1 − x 2 x = sin sin − 1 2 5 \Rightarrow \tan\tan^{-1}\frac{\sqrt{1 - x^2}}{x} = \sin\sin^{-1}\frac{2}{\sqrt{5}} ⇒ tan tan − 1 x 1 − x 2 = sin sin − 1 5 2
⇒ 1 − x 2 x 2 = 4 5 \Rightarrow \frac{1 - x^2}{x^2} = \frac{4}{5} ⇒ x 2 1 − x 2 = 5 4
⇒ x = ± 5 3 \Rightarrow x = \pm\frac{\sqrt{5}}{3} ⇒ x = ± 3 5
We have to solve sin − 1 x + sin − 1 y = 2 π 3 \sin^{-1}x + \sin^{-1}y = \frac{2\pi}{3} sin − 1 x + sin − 1 y = 3 2 π and cos − 1 x − cos − 1 y = π 3 \cos^{-1}x - \cos^{-1}y = \frac{\pi}{3} cos − 1 x − cos − 1 y = 3 π
sin − 1 x + sin − 1 y = 2 π 3 \sin^{-1}x + \sin^{-1}y = \frac{2\pi}{3} sin − 1 x + sin − 1 y = 3 2 π
π 2 − cos − 1 x + π 2 − cos − 1 y = 2 π 3 \frac{\pi}{2} - \cos^{-1}x + \frac{\pi}{2} - \cos^{-1} y = \frac{2\pi}{3} 2 π − cos − 1 x + 2 π − cos − 1 y = 3 2 π
⇒ cos − 1 x + cos − 1 y = π 3 \Rightarrow \cos^{-1}x + \cos^{-1}y = \frac{\pi}{3} ⇒ cos − 1 x + cos − 1 y = 3 π
Thus, 2 cos − 1 x = 2 π 3 ⇒ x = cos π 3 = 1 2 2\cos^{-1}x = 2\frac{\pi}{3} \Rightarrow x = \cos\frac{\pi}{3} = \frac{1}{2} 2 cos − 1 x = 2 3 π ⇒ x = cos 3 π = 2 1
and 2 cos − 1 y = 0 ⇒ y = 1 2\cos^{-1}y = 0 \Rightarrow y = 1 2 cos − 1 y = 0 ⇒ y = 1
Let sin − 1 ( sin 10 ) = θ ⇒ sin θ = sin 10 = sin 35 π 11 \sin^{-1}(\sin10) = \theta \Rightarrow \sin\theta = \sin10 = \sin\frac{35\pi}{11} sin − 1 ( sin 10 ) = θ ⇒ sin θ = sin 10 = sin 11 35 π
sin θ = sin ( 3 π + 2 π 11 ) = − sin 2 π 11 \sin\theta = \sin\left(3\pi + \frac{2\pi}{11}\right) = -\sin\frac{2\pi}{11} sin θ = sin ( 3 π + 11 2 π ) = − sin 11 2 π
= sin ( − 2 π 11 ) = \sin\left(-\frac{2\pi}{11}\right) = sin ( − 11 2 π )
θ = − 2 π 11 \theta = -\frac{2\pi}{11} θ = − 11 2 π
3 tan − 1 ( 1 2 ) = tan − 1 [ 3. 1 2 − ( 1 2 ) 3 1 − 3 ( 1 2 ) 2 ] [ ∵ tan 3 θ = 3 tan θ − tan 3 θ 1 − 3 tan 2 θ ] 3\tan^{-1}\left(\frac{1}{2}\right) = \tan^{-1}\left[\frac{3.\frac{1}{2} - \left(\frac{1}{2}\right)^3}{1 -
3\left(\frac{1}{2}\right)^2}\right]\left[\because \tan3\theta = \frac{3\tan\theta - \tan^3\theta}{1 - 3\tan^2\theta}\right] 3 tan − 1 ( 2 1 ) = tan − 1 [ 1 − 3 ( 2 1 ) 2 3. 2 1 − ( 2 1 ) 3 ] [ ∵ tan 3 θ = 1 − 3 t a n 2 θ 3 t a n θ − t a n 3 θ ]
= tan − 1 [ 11 8 1 4 ] = tan − 1 11 2 = \tan^{-1}\left[\frac{\frac{11}{8}}{\frac{1}{4}}\right] = \tan^{-1}\frac{11}{2} = tan − 1 [ 4 1 8 11 ] = tan − 1 2 11
2 tan − 1 1 5 = tan − 1 [ 2. 1 5 1 − 1 25 ] = tan − 1 5 12 2\tan^{-1}\frac{1}{5} = \tan^{-1}\left[\frac{2.\frac{1}{5}}{1 - \frac{1}{25}}\right] = \tan^{-1}\frac{5}{12} 2 tan − 1 5 1 = tan − 1 [ 1 − 25 1 2. 5 1 ] = tan − 1 12 5
Now 3 tan − 1 1 2 + 2 tan − 1 1 5 = tan − 1 11 2 + tan − 1 5 12 3\tan^{-1}\frac{1}{2} + 2\tan^{-1}\frac{1}{5} = \tan^{-1}\frac{11}{2} + \tan^{-1}\frac{5}{12} 3 tan − 1 2 1 + 2 tan − 1 5 1 = tan − 1 2 11 + tan − 1 12 5
= π + tan − 1 [ 11 2 + 5 12 1 − 11 2 . 5 12 ] = π − tan − 1 142 31 = \pi + \tan^{-1}\left[\frac{\frac{11}{2} + \frac{5}{12}}{1- \frac{11}{2}.\frac{5}{12}}\right] = \pi -
\tan^{-1}\frac{142}{31} = π + tan − 1 [ 1 − 2 11 . 12 5 2 11 + 12 5 ] = π − tan − 1 31 142
Also, let sin − 1 142 65 5 = θ \sin^{-1}\frac{142}{65\sqrt{5}} = \theta sin − 1 65 5 142 = θ
sin θ = 142 65 5 ⇒ tan θ = 142 31 \sin\theta = \frac{142}{65\sqrt{5}} \Rightarrow \tan\theta = \frac{142}{31} sin θ = 65 5 142 ⇒ tan θ = 31 142
Thus, 3 tan − 1 1 2 + 2 tan − 1 1 5 + sin − 1 142 65 5 = π − tan − 1 142 31 + tan − 1 142 31 3\tan^{-1}\frac{1}{2} + 2\tan^{-1}\frac{1}{5} + \sin^{-1}\frac{142}{65\sqrt{5}} = \pi - \tan^{-1}\frac{142}{31} +
\tan^{-1}\frac{142}{31} 3 tan − 1 2 1 + 2 tan − 1 5 1 + sin − 1 65 5 142 = π − tan − 1 31 142 + tan − 1 31 142
= π = \pi = π
The given intervals indicate principal values of cos − 1 x \cos^{-1}x cos − 1 x and sin − 1 x \sin^{-1}x sin − 1 x .
cos [ 2 cos − 1 x + sin − 1 x ] = cos ( cos − 1 x + cos − 1 x + sin − 1 x ) \cos[2\cos^{-1}x + \sin^{-1}x] = \cos(\cos^{-1}x + \cos^{-1}x + \sin^{-1}x) cos [ 2 cos − 1 x + sin − 1 x ] = cos ( cos − 1 x + cos − 1 x + sin − 1 x )
= cos [ π 2 + cos − 1 x ] = − sin cos − 1 x = − sin sin − 1 1 − x 2 = \cos\left[\frac{\pi}{2} + \cos^{-1}x\right] = -\sin\cos^{-1}x = -\sin\sin^{-1}\sqrt{1 - x^2} = cos [ 2 π + cos − 1 x ] = − sin cos − 1 x = − sin sin − 1 1 − x 2
= − 1 − x 2 = − 1 − 1 25 = − 2 6 5 = -\sqrt{1 - x^2} = -\sqrt{1 - \frac{1}{25}} = -\frac{2\sqrt{6}}{5} = − 1 − x 2 = − 1 − 25 1 = − 5 2 6 .
We have to prove that 1 2 cos − 1 3 5 = tan − 1 1 2 = π 4 − 1 2 cos − 1 4 5 \frac{1}{2}\cos^{-1}\frac{3}{5} = \tan^{-1}\frac{1}{2} = \frac{\pi}{4} -
\frac{1}{2}\cos^{-1}\frac{4}{5} 2 1 cos − 1 5 3 = tan − 1 2 1 = 4 π − 2 1 cos − 1 5 4
Let cos − 1 3 5 = α , 2 tan − 1 1 2 = β \cos^{-1}\frac{3}{5} = \alpha, 2\tan^{-1}\frac{1}{2} = \beta cos − 1 5 3 = α , 2 tan − 1 2 1 = β and π 2 − cos − 1 4 5 = γ \frac{\pi}{2} - \cos^{-1}\frac{4}{5} =
\gamma 2 π − cos − 1 5 4 = γ
cos α = cos cos − 1 3 5 = 3 5 \cos\alpha = \cos\cos^{-1}\frac{3}{5} = \frac{3}{5} cos α = cos cos − 1 5 3 = 5 3
cos β = cos [ cos − 1 1 − 1 4 1 + 1 4 ] = cos cos − 1 3 5 = 3 5 \cos\beta = \cos\left[\cos^{-1}\frac{1 - \frac{1}{4}}{1 + \frac{1}{4}}\right] = \cos\cos^{-1}\frac{3}{5} = \frac{3}{5} cos β = cos [ cos − 1 1 + 4 1 1 − 4 1 ] = cos cos − 1 5 3 = 5 3
cos γ = cos [ π 2 − cos − 1 4 5 ] = sin cos − 1 4 5 = 3 5 \cos\gamma = \cos\left[\frac{\pi}{2} - \cos^{-1}\frac{4}{5}\right] = \sin\cos^{-1}\frac{4}{5} = \frac{3}{5} cos γ = cos [ 2 π − cos − 1 5 4 ] = sin cos − 1 5 4 = 5 3
Thus, α = β = γ \alpha = \beta = \gamma α = β = γ
Let A = 2 tan − 1 ( 2 2 − 1 ) = 2 tan − 1 ( 2 × 1.414 − 1 ) = 2 tan − 1 ( 1.828 ) A = 2\tan^{-1}(2\sqrt{2} - 1) = 2\tan^{-1}(2\times 1.414 - 1) = 2\tan^{-1}(1.828) A = 2 tan − 1 ( 2 2 − 1 ) = 2 tan − 1 ( 2 × 1.414 − 1 ) = 2 tan − 1 ( 1.828 )
= 2 × ( > 6 0 ∘ ) [ ∵ tan 6 0 ∘ = 3 = 1.732 ] = 2\times (> 60^\circ)[\because \tan60^\circ = \sqrt{3} = 1.732] = 2 × ( > 6 0 ∘ ) [ ∵ tan 6 0 ∘ = 3 = 1.732 ]
Let B = 3 sin − 1 1 3 + sin − 1 3 5 B = 3\sin^{-1}\frac{1}{3} + \sin^{-1}\frac{3}{5} B = 3 sin − 1 3 1 + sin − 1 5 3
= sin − 1 [ 3 × 1 3 − 4 ( 1 3 ) 3 ] + sin − 1 3 5 = \sin^{-1}\left[3\times\frac{1}{3} - 4\left(\frac{1}{3}\right)^3\right] + \sin^{-1}\frac{3}{5} = sin − 1 [ 3 × 3 1 − 4 ( 3 1 ) 3 ] + sin − 1 5 3
= sin − 1 23 27 + sin − 1 3 5 = sin − 1 0.862 + sin − 1 0.6 = \sin^{-1}\frac{23}{27} + \sin^{-1}\frac{3}{5} = \sin^{-1}0.862 + \sin^{-1}0.6 = sin − 1 27 23 + sin − 1 5 3 = sin − 1 0.862 + sin − 1 0.6
= < 6 0 ∘ + < 4 5 ∘ < 10 5 ∘ = <60^\circ + <45^\circ < 105^\circ =< 6 0 ∘ + < 4 5 ∘ < 10 5 ∘
Thus, A A A is the greater angle.
Whenever you have to sum trigonometric series of inverse terms check if it is possible to write them as difference of two terms
and add the terms where terms cancel each other. If we look at the terms given in this series then that is possible.
tan − 1 ( a 1 x − y x + a 1 y ) = tan − 1 ( a 1 − y x 1 + a 1 y x ) = tan − 1 a 1 − tan − 1 y x \tan^{-1}\left(\frac{a_1x - y}{x + a_1y}\right) = \tan^{-1}\left(\frac{a_1 - \frac{y}{x}}{1 + a_1\frac{y}{x}}\right) =
\tan^{-1}a_1 - \tan^{-1}\frac{y}{x} tan − 1 ( x + a 1 y a 1 x − y ) = tan − 1 ( 1 + a 1 x y a 1 − x y ) = tan − 1 a 1 − tan − 1 x y
tan − 1 ( a 1 − a 1 1 + a 1 a 2 ) = tan − 1 a 2 − tan − 1 a 1 \tan^{-1}\left(\frac{a_1 - a_1}{1 + a_1a_2}\right) = \tan^{-1}a_2 - \tan^{-1}a_1 tan − 1 ( 1 + a 1 a 2 a 1 − a 1 ) = tan − 1 a 2 − tan − 1 a 1
… \ldots …
tan − 1 ( a n − a n − 1 1 + a n a n − 1 ) = tan − 1 a n − tan − 1 a n − 1 \tan^{-1}\left(\frac{a_n - a_{n - 1}}{1 + a_na_{n - 1}}\right) = \tan^{-1}a_n - \tan^{-1}a_{n - 1} tan − 1 ( 1 + a n a n − 1 a n − a n − 1 ) = tan − 1 a n − tan − 1 a n − 1
tan − 1 1 a n = cot − 1 a n \tan^{-1}\frac{1}{a_n} = \cot^{-1}a_n tan − 1 a n 1 = cot − 1 a n
Adding these, we get L . H . S . = tan − 1 a n + cot − 1 a n − tan − 1 y x L.H.S. = \tan^{-1}a_n + \cot^{-1}a_n - \tan^{-1}\frac{y}{x} L . H . S . = tan − 1 a n + cot − 1 a n − tan − 1 x y
= π 2 − tan − 1 y x [ ∵ tan − 1 x + cot − 1 x = π 2 ] = \frac{\pi}{2} - \tan^{-1}\frac{y}{x}\left[\because\tan^{-1}x + \cot^{-1}x = \frac{\pi}{2}\right] = 2 π − tan − 1 x y [ ∵ tan − 1 x + cot − 1 x = 2 π ]
= cot − 1 y x = tan − 1 x y = R . H . S . = \cot^{-1}\frac{y}{x} = \tan^{-1}\frac{x}{y} = R.H.S. = cot − 1 x y = tan − 1 y x = R . H . S .
Let t n t_n t n denote the n n n -th term of the series, then t n = cot − 1 2 n 2 = cot − 1 ( 2 n − 1 ) − cot − 1 ( 2 n + 1 ) t_n = \cot^{-1}2n^2 = \cot^{-1}(2n - 1) -
\cot^{-1}(2n + 1) t n = cot − 1 2 n 2 = cot − 1 ( 2 n − 1 ) − cot − 1 ( 2 n + 1 )
Putting n = 1 , 2 , 3 , . . , n = 1,2,3, .., n = 1 , 2 , 3 , .. , we get
t 1 = cot − 1 1 − cot − 1 3 t_1 = \cot^{-1}1 - \cot^{-1}3 t 1 = cot − 1 1 − cot − 1 3
t 2 = cot − 1 3 − cot − 1 5 t_2 = \cot^{-1}3 - \cot^{-1}5 t 2 = cot − 1 3 − cot − 1 5
t 3 = cot − 1 5 − cot − 1 7 t_3 = \cot^{-1}5 - \cot^{-1}7 t 3 = cot − 1 5 − cot − 1 7
… \ldots …
t n = cot − 1 ( 2 n − 1 ) − cot − 1 ( 2 n + 1 ) t_n = \cot^{-1}(2n - 1) - \cot^{-1}(2n + 1) t n = cot − 1 ( 2 n − 1 ) − cot − 1 ( 2 n + 1 )
Adding S n = cot − 1 1 − cot − 1 ( 2 n + 1 ) S_n = \cot^{-1}1 - \cot^{-1}(2n + 1) S n = cot − 1 1 − cot − 1 ( 2 n + 1 )
As n → ∞ , cot − 1 ( 2 n + 1 ) → 0 n\rightarrow \infty, \cot^{-1}(2n + 1)\rightarrow 0 n → ∞ , cot − 1 ( 2 n + 1 ) → 0
Hence, S ∞ = cot − 1 1 = π 4 S_\infty = \cot^{-1}1 = \frac{\pi}{4} S ∞ = cot − 1 1 = 4 π
Case I. When x = 1 x = 1 x = 1
y = 2 tan − 1 x + sin − 1 2 x 1 + x 2 = 2. tan − 1 1 + sin − 1 2 1 + 1 = 2. π 4 + π 2 = π y = 2\tan^{-1}x + \sin^{-1}\frac{2x}{1 + x^2} = 2.\tan^{-1}1 + \sin^{-1}\frac{2}{1 + 1} = 2.\frac{\pi}{4} +
\frac{\pi}{2} = \pi y = 2 tan − 1 x + sin − 1 1 + x 2 2 x = 2. tan − 1 1 + sin − 1 1 + 1 2 = 2. 4 π + 2 π = π
Case II. When x > 1 x > 1 x > 1
2 tan − 1 x = π − sin − 1 2 x 1 + x 2 ⇒ y = π 2\tan^{-1}x = \pi - \sin^{-1}\frac{2x}{1 + x^2} \Rightarrow y = \pi 2 tan − 1 x = π − sin − 1 1 + x 2 2 x ⇒ y = π
Let cos − 1 x 0 = θ ⇒ cos θ = x 0 \cos^{-1}x_0 = \theta \Rightarrow \cos\theta = x_0 cos − 1 x 0 = θ ⇒ cos θ = x 0
We are also given that x r + 1 = 1 + x r 2 x_{r + 1} = \sqrt{\frac{1 + x_r}{2}} x r + 1 = 2 1 + x r
Putting r = 0 , r = 0, r = 0 , we get x 1 = 1 + x 0 2 = 1 + cos θ 2 x_1 = \sqrt{\frac{1 + x_0}{2}} = \sqrt{\frac{1 + \cos\theta}{2}} x 1 = 2 1 + x 0 = 2 1 + c o s θ
= cos 2 θ 2 = ∣ cos θ 2 ∣ = cos θ 2 [ ∵ 0 ≤ cos − 1 x 0 ≤ π ] = \sqrt{\cos^2\frac{\theta}{2}} = \left|\cos\frac{\theta}{2}\right| = \cos\frac{\theta}{2}[\because
0\leq\cos^{-1}x_0\leq \pi] = cos 2 2 θ = cos 2 θ = cos 2 θ [ ∵ 0 ≤ cos − 1 x 0 ≤ π ]
Similarly, x 2 = 1 + cos θ 2 2 = cos θ 2 2 x_2 = \sqrt{\frac{1 + \cos\frac{\theta}{2}}{2}} = \cos\frac{\theta}{2^2} x 2 = 2 1 + c o s 2 θ = cos 2 2 θ
thus, x n = cos θ 2 n x_n = \cos\frac{\theta}{2^n} x n = cos 2 n θ
Let y = x 1 x 2 x 3 … x n y = x_1x_2x_3\ldots x_n y = x 1 x 2 x 3 … x n then y = cos θ 2 cos θ 2 2 … cos θ 2 n y = \cos\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2^2}\ldots\cos\frac{\theta}{2^n} y = cos 2 θ cos 2 2 θ … cos 2 n θ
2 y sin θ 2 n = 2 sin θ 2 n cos θ 2 n cos θ 2 n − 1 … cos θ 2 2y\sin\frac{\theta}{2^n} = 2\sin\frac{\theta}{2^n}\cos\frac{\theta}{2^n}\cos\frac{\theta}{2^{n -
1}}\ldots\cos\frac{\theta}{2} 2 y sin 2 n θ = 2 sin 2 n θ cos 2 n θ cos 2 n − 1 θ … cos 2 θ
2 2 y θ 2 n = 2 sin θ 2 n − 1 cos θ 2 n − 1 cos θ 2 n − 1 … cos θ 2 2^2y\frac{\theta}{2^n} = 2\sin\frac{\theta}{2^{n - 1}}\cos\frac{\theta}{2^{n - 1}}\cos\frac{\theta}{2^{n -
1}}\ldots\cos\frac{\theta}{2} 2 2 y 2 n θ = 2 sin 2 n − 1 θ cos 2 n − 1 θ cos 2 n − 1 θ … cos 2 θ
Proceeding like above, we finally arrive at following
2 n − 1 y sin θ 2 n = sin θ 2 cos θ 2 2^{n - 1}y\sin\frac{\theta}{2^n} = \sin\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2} 2 n − 1 y sin 2 n θ = sin 2 θ cos 2 θ
2 n y sin θ 2 n = 2 sin θ 2 cos θ 2 = sin θ 2^ny\sin\frac{\theta}{2^n} = 2\sin\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2} = \sin\theta 2 n y sin 2 n θ = 2 sin 2 θ cos 2 θ = sin θ
y = 1 2 n . sin θ sin θ 2 n y = \frac{1}{2^n}.\frac{\sin\theta}{\sin\frac{\theta}{2^n}} y = 2 n 1 . s i n 2 n θ s i n θ
x 1 x 2 … x_1x_2\ldots x 1 x 2 … to ∞ = lim n → ∞ 1 2 n sin θ sin θ 2 n \infty = \lim_{n\to \infty} \frac{1}{2^n}\frac{\sin\theta}{\sin\frac{\theta}{2^n}} ∞ = lim n → ∞ 2 n 1 s i n 2 n θ s i n θ
= lim n → ∞ 1 2 n sin θ sin θ 2 n θ 2 n . θ 2 n = \lim_{n\to\infty}\frac{1}{2^n}\frac{\sin\theta}{\frac{\sin\frac{\theta}{2^n}}{\frac{\theta}{2^n}}.\frac{\theta}{2^n}} = lim n → ∞ 2 n 1 2 n θ s i n 2 n θ . 2 n θ s i n θ
= sin θ θ = \frac{\sin\theta}{\theta} = θ s i n θ
R.H.S. = 1 − cos 2 θ sin θ θ = θ = cos − 1 x 0 = = \frac{\sqrt{1 - \cos^2\theta}}{\frac{\sin\theta}{\theta}} = \theta = \cos^{-1}x_0 = = θ s i n θ 1 − c o s 2 θ = θ = cos − 1 x 0 = L.H.S.
Let cos − 1 a b = θ ⇒ cos θ = a n ⇒ a = b cos θ \cos^{-1}\frac{a}{b} = \theta \Rightarrow \cos\theta = \frac{a}{n}\Rightarrow a = b\cos\theta cos − 1 b a = θ ⇒ cos θ = n a ⇒ a = b cos θ
Now, a 1 = a + b 2 = b cos θ + b 2 = b cos 2 θ 2 a_1 = \frac{a + b}{2} = \frac{b\cos\theta + b}{2} = b\cos^2\frac{\theta}{2} a 1 = 2 a + b = 2 b c o s θ + b = b cos 2 2 θ
b 1 = a 1 b = b cos 2 θ 2 . b = b cos θ 2 b_1 = \sqrt{a_1b} = \sqrt{b\cos^2\frac{\theta}{2}.b} = b\cos\frac{\theta}{2} b 1 = a 1 b = b cos 2 2 θ . b = b cos 2 θ
a 2 = a 1 + b 1 2 = b cos 2 θ 2 + b cos θ 2 2 = b cos θ 2 cos 2 θ 2 2 a_2 = \frac{a_1 + b_1}{2} = \frac{b\cos^2\frac{\theta}{2} + b\cos\frac{\theta}{2}}{2} =
b\cos\frac{\theta}{2}\cos^2\frac{\theta}{2^2} a 2 = 2 a 1 + b 1 = 2 b c o s 2 2 θ + b c o s 2 θ = b cos 2 θ cos 2 2 2 θ
b 2 = a 2 b 1 = b cos θ 2 . cos 2 θ 2 2 b cos θ 2 = b cos θ 2 cos θ 2 2 b_2 = \sqrt{a_2b_1} = \sqrt{b\cos\frac{\theta}{2}.\cos^2\frac{\theta}{2^2}b\cos\frac{\theta}{2}} =
b\cos\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2^2} b 2 = a 2 b 1 = b cos 2 θ . cos 2 2 2 θ b cos 2 θ = b cos 2 θ cos 2 2 θ
Proceeding as above, we get a n = b cos θ 2 cos θ 2 2 … cos θ 2 n = b . 1 2 n . sin θ sin θ 2 n a_n = b\cos\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2^2}\ldots\cos\frac{\theta}{2^n} =
b.\frac{1}{2^n}.\frac{\sin\theta}{\sin\frac{\theta}{2^n}} a n = b cos 2 θ cos 2 2 θ … cos 2 n θ = b . 2 n 1 . s i n 2 n θ s i n θ
and b n = b cos θ 2 cos θ 2 2 … θ 2 n b_n = b\cos\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2^2}\ldots\frac{\theta}{2^n} b n = b cos 2 θ cos 2 2 θ … 2 n θ
Now, lim n → ∞ a n = b . sin θ θ \lim_{n\to\infty}a_n = \frac{b.\sin\theta}{\theta} lim n → ∞ a n = θ b . s i n θ [like in previous problem]
= b 1 − sin 2 θ cos − 1 a b = b 1 − a 2 b 2 cos − 1 a b = b 2 − a 2 cos − 1 a b = \frac{b\sqrt{1 - \sin^2\theta}}{\cos^{-1}\frac{a}{b}} = \frac{b\sqrt{1 - \frac{a^2}{b^2}}}{\cos^{-1}\frac{a}{b}} =
\frac{\sqrt{b^2 - a^2}}{\cos^{-1}\frac{a}{b}} = c o s − 1 b a b 1 − s i n 2 θ = c o s − 1 b a b 1 − b 2 a 2 = c o s − 1 b a b 2 − a 2
and lim n → ∞ b n = lim n → ∞ b cos θ 2 cos θ 2 2 … cos θ 2 n = b 2 − a 2 cos − 1 a b \lim_{n\to\infty}b_n = \lim_{n\to\infty}b\cos\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2^2}\ldots\cos\frac{\theta}{2^n} =
\frac{\sqrt{b^2 - a^2}}{\cos^{-1}\frac{a}{b}} lim n → ∞ b n = lim n → ∞ b cos 2 θ cos 2 2 θ … cos 2 n θ = c o s − 1 b a b 2 − a 2
We have to prove that tan − 1 1 3 + tan − 1 1 7 + … + tan − 1 1 n 2 + n + 1 = tan − 1 n n + 2 \tan^{-1}\frac{1}{3} + \tan^{-1}\frac{1}{7} + \ldots + \tan^{-1}\frac{1}{n^2 + n
+ 1} = \tan^{-1}\frac{n}{n + 2} tan − 1 3 1 + tan − 1 7 1 + … + tan − 1 n 2 + n + 1 1 = tan − 1 n + 2 n
When n = 1 n = 1 n = 1 , L.H.S. = tan − 1 1 3 =\tan^{-1}\frac{1}{3} = tan − 1 3 1 and R.H.S. = tan − 1 1 1 + 2 = tan − 1 1 3 = \tan^{-1}\frac{1}{1 + 2} =
\tan^{-1}\frac{1}{3} = tan − 1 1 + 2 1 = tan − 1 3 1
We see that it is true for n = 1 n = 1 n = 1 . Let it is true for n = 1 n = 1 n = 1
⇒ tan − 1 1 3 + tan − 1 1 7 + … + tan − 1 1 m 2 + m + 1 = tan − 1 m m + 2 \Rightarrow \tan^{-1}\frac{1}{3} + \tan^{-1}\frac{1}{7} + \ldots + \tan^{-1}\frac{1}{m^2 + m
+ 1} = \tan^{-1}\frac{m}{m + 2} ⇒ tan − 1 3 1 + tan − 1 7 1 + … + tan − 1 m 2 + m + 1 1 = tan − 1 m + 2 m
Adding tan − 1 1 ( m + 1 ) 2 + ( m + 1 ) + 1 \tan^{-1}\frac{1}{(m + 1)^2 + (m + 1) + 1} tan − 1 ( m + 1 ) 2 + ( m + 1 ) + 1 1 to both sides, we get
R.H.S. = tan − 1 m m + 2 + tan − 1 1 ( m + 1 ) 2 + ( m + 1 ) + 1 = \tan^{-1}\frac{m}{m + 2} + \tan^{-1}\frac{1}{(m + 1)^2 + (m + 1) + 1} = tan − 1 m + 2 m + tan − 1 ( m + 1 ) 2 + ( m + 1 ) + 1 1
= tan − 1 m m + 1 + tan − 1 m + 1 m + 3 − tan − 1 m m + 2 = \tan^{-1}\frac{m}{m + 1} + \tan^{-1}\frac{m + 1}{m + 3} - \tan^{-1}\frac{m}{m + 2} = tan − 1 m + 1 m + tan − 1 m + 3 m + 1 − tan − 1 m + 2 m
= tan − 1 ( m + 1 ) + 1 ( m + 1 ) + 2 = \tan^{-1}\frac{(m + 1) + 1}{(m + 1) + 2} = tan − 1 ( m + 1 ) + 2 ( m + 1 ) + 1
Thus, it is true for n = m + 1 n = m + 1 n = m + 1 if it is true for n = m n = m n = m . Hence, we have proven the result by using mathematical
induction.
Since x 1 , x 2 , x 3 , x 4 x_1, x_2, x_3, x_4 x 1 , x 2 , x 3 , x 4 are the roots of the equation x 4 − x 3 sin 2 β + x 2 cos 2 β − x cos β − sin β = 0 x^4 - x^3\sin2\beta + x^2\cos2\beta - x\cos\beta -
\sin\beta = 0 x 4 − x 3 sin 2 β + x 2 cos 2 β − x cos β − sin β = 0
∴ ∑ x 1 = x 1 + x 2 + x 3 + x 4 = − − sin 2 β 1 = sin 2 β \therefore \sum x_1 = x_1 + x_2 + x_3 + x_4 = -\frac{-\sin2\beta}{1} = \sin2\beta ∴ ∑ x 1 = x 1 + x 2 + x 3 + x 4 = − 1 − s i n 2 β = sin 2 β
∑ x 1 x 2 = cos 2 β \sum x_1x_2 = \cos2\beta ∑ x 1 x 2 = cos 2 β
∑ x 1 x 2 x 3 = cos β \sum x_1x_2x_3 = \cos\beta ∑ x 1 x 2 x 3 = cos β
and ∑ x 1 x 2 x 3 x 4 = − sin β \sum x_1x_2x_3x_4 = -\sin\beta ∑ x 1 x 2 x 3 x 4 = − sin β
Now tan [ tan − 1 x 1 + tan − 1 x 2 + tan − 1 x 3 + tan − 1 x 4 ] = ∑ x 1 − ∑ x 1 x 2 x 3 1 − ∑ x 1 x 2 + x 1 x 2 x 3 x 4 \tan[\tan^{-1}x_1 + \tan^{-1}x_2 + \tan^{-1}x_3 + \tan^{-1}x_4] = \frac{\sum x_1 - \sum x_1x_2x_3}{1 - \sum
x_1x_2 + x_1x_2x_3x_4} tan [ tan − 1 x 1 + tan − 1 x 2 + tan − 1 x 3 + tan − 1 x 4 ] = 1 − ∑ x 1 x 2 + x 1 x 2 x 3 x 4 ∑ x 1 − ∑ x 1 x 2 x 3
= sin 2 β − cos β 1 − cos 2 β − sin β = 2 sin β cos β − cos β 2 sin 2 β − sin β = \frac{\sin2\beta - \cos\beta}{1 - \cos2\beta - \sin\beta} = \frac{2\sin\beta\cos\beta - \cos\beta}{2\sin^2\beta -
\sin\beta} = 1 − c o s 2 β − s i n β s i n 2 β − c o s β = 2 s i n 2 β − s i n β 2 s i n β c o s β − c o s β
= cot β = \cot\beta = cot β
⇒ tan [ tan − 1 x 1 + tan − 1 x 2 + tan − 1 x 3 + tan − 1 x 4 ] = tan ( π 2 − β ) \Rightarrow \tan[\tan^{-1}x_1 + \tan^{-1}x_2 + \tan^{-1}x_3 + \tan^{-1}x_4] = \tan\left(\frac{\pi}{2} -
\beta\right) ⇒ tan [ tan − 1 x 1 + tan − 1 x 2 + tan − 1 x 3 + tan − 1 x 4 ] = tan ( 2 π − β )
⇒ tan − 1 x 1 + tan − 1 x 2 + tan − 1 x 3 + tan − 1 x 4 = n π + π 2 − β \Rightarrow \tan^{-1}x_1 + \tan^{-1}x_2 + \tan^{-1}x_3 + \tan^{-1}x_4 = n\pi + \frac{\pi}{2} - \beta ⇒ tan − 1 x 1 + tan − 1 x 2 + tan − 1 x 3 + tan − 1 x 4 = nπ + 2 π − β
Let cot − 1 ( cot 5 π 4 ) = θ ⇒ cot θ = cot ( π + π 4 ) \cot^{-1}\left(\cot\frac{5\pi}{4}\right) = \theta \Rightarrow \cot\theta = \cot\left(\pi + \frac{\pi}{4}\right) cot − 1 ( cot 4 5 π ) = θ ⇒ cot θ = cot ( π + 4 π )
= cot π 4 ⇒ θ = π 4 = \cot\frac{\pi}{4}\Rightarrow \theta = \frac{\pi}{4} = cot 4 π ⇒ θ = 4 π
Let sin − 1 ( sin 5 ) = θ ⇒ sin θ = sin 5 = sin 35 π 22 = sin ( π + 13 π 22 ) \sin^{-1}(\sin5) = \theta \Rightarrow \sin\theta = \sin5 = \sin\frac{35\pi}{22} = \sin\left(\pi +
\frac{13\pi}{22}\right) sin − 1 ( sin 5 ) = θ ⇒ sin θ = sin 5 = sin 22 35 π = sin ( π + 22 13 π )
= − sin 13 π 22 ⇒ sin θ = − sin 13 π 22 = − sin ( π − 9 π 22 ) = -\sin\frac{13\pi}{22} \Rightarrow \sin\theta = -\sin\frac{13\pi}{22} = -\sin\left(\pi - \frac{9\pi}{22}\right) = − sin 22 13 π ⇒ sin θ = − sin 22 13 π = − sin ( π − 22 9 π )
θ = − 9 π 22 = 5 − 2 π \theta = -\frac{9\pi}{22} = 5 - 2\pi θ = − 22 9 π = 5 − 2 π
Let cos − 1 ( cos 5 π 4 ) = θ ⇒ cos θ = cos ( 2 π − 3 π 4 ) \cos^{-1}(\cos\frac{5\pi}{4}) = \theta \Rightarrow \cos\theta = \cos\left(2\pi - \frac{3\pi}{4}\right) cos − 1 ( cos 4 5 π ) = θ ⇒ cos θ = cos ( 2 π − 4 3 π )
⇒ cos θ = cos 3 π 4 ⇒ θ = 3 π 4 \Rightarrow \cos\theta = \cos\frac{3\pi}{4} \Rightarrow \theta = \frac{3\pi}{4} ⇒ cos θ = cos 4 3 π ⇒ θ = 4 3 π
Let cos − 1 cos 10 = θ ⇒ cos θ = cos 10 = cos 35 π 11 = cos ( 3 π + 2 π 11 ) \cos^{-1}\cos10 = \theta \Rightarrow \cos\theta = \cos10 = \cos\frac{35\pi}{11} = \cos\left(3\pi +
\frac{2\pi}{11}\right) cos − 1 cos 10 = θ ⇒ cos θ = cos 10 = cos 11 35 π = cos ( 3 π + 11 2 π )
⇒ cos θ = − cos 2 π 11 = − cos ( π + − 9 π 11 ) = cos − 9 π 11 \Rightarrow \cos\theta = -\cos\frac{2\pi}{11} = -\cos\left(\pi + \frac{-9\pi}{11}\right) = \cos\frac{-9\pi}{11} ⇒ cos θ = − cos 11 2 π = − cos ( π + 11 − 9 π ) = cos 11 − 9 π
⇒ θ = − 9 π 11 \Rightarrow \theta = \frac{-9\pi}{11} ⇒ θ = 11 − 9 π
Given, sin ( 2 tan − 1 1 3 ) + cos tan − 1 2 2 \sin\left(2\tan^{-1}\frac{1}{3}\right) + \cos\tan^{-1}2\sqrt{2} sin ( 2 tan − 1 3 1 ) + cos tan − 1 2 2
= sin tan − 1 2. 1 3 1 − 1 9 + cos cos − 1 1 3 = \sin\tan^{-1}\frac{2.\frac{1}{3}}{1 - \frac{1}{9}} + \cos\cos^{-1}\frac{1}{3} = sin tan − 1 1 − 9 1 2. 3 1 + cos cos − 1 3 1
= sin tan − 1 3 4 + 1 3 = sin sin − 1 3 5 + 1 3 = \sin\tan^{-1}\frac{3}{4} + \frac{1}{3} = \sin\sin^{-1}\frac{3}{5} + \frac{1}{3} = sin tan − 1 4 3 + 3 1 = sin sin − 1 5 3 + 3 1
= 3 5 + 1 3 = 14 15 = \frac{3}{5} + \frac{1}{3} = \frac{14}{15} = 5 3 + 3 1 = 15 14
Given, cot [ cot − 1 7 + cot − 1 8 + cot − 1 18 ] \cot[\cot^{-1}7 + \cot^{-1}8 + \cot^{-1}18] cot [ cot − 1 7 + cot − 1 8 + cot − 1 18 ]
cot − 1 7 + cot − 1 8 + cot − 1 18 = tan − 1 1 7 + tan − 1 1 8 + tan − 1 1 18 \cot^{-1}7 + \cot^{-1}8 + \cot^{-1}18 = \tan^{-1}\frac{1}{7} + \tan^{-1}\frac{1}{8} + \tan^{-1}\frac{1}{18} cot − 1 7 + cot − 1 8 + cot − 1 18 = tan − 1 7 1 + tan − 1 8 1 + tan − 1 18 1
= tan − 1 ( 1 7 + 1 8 1 − 1 7 . 1 8 ) + tan − 1 1 18 = tan − 1 15 55 + tan − 1 1 18 = \tan^{-1}\left(\frac{\frac{1}{7} + \frac{1}{8}}{1 - \frac{1}{7}.\frac{1}{8}}\right) + \tan^{-1}\frac{1}{18}=
\tan^{-1}\frac{15}{55} + \tan^{-1}\frac{1}{18} = tan − 1 ( 1 − 7 1 . 8 1 7 1 + 8 1 ) + tan − 1 18 1 = tan − 1 55 15 + tan − 1 18 1
= tan − 1 3 11 + tan − 1 1 18 = tan − 1 3 11 + 1 18 1 − 3 11 . 1 18 = \tan^{-1}\frac{3}{11} + \tan^{-1}\frac{1}{18} = \tan^{-1}\frac{\frac{3}{11} + \frac{1}{18}}{1 -
\frac{3}{11}.\frac{1}{18}} = tan − 1 11 3 + tan − 1 18 1 = tan − 1 1 − 11 3 . 18 1 11 3 + 18 1
= tan − 1 . 65 198 . 198 195 = tan − 1 1 3 = cot − 1 3 = \tan^{-1}.\frac{65}{198}.\frac{198}{195} = \tan^{-1}\frac{1}{3} = \cot^{-1}3 = tan − 1 . 198 65 . 195 198 = tan − 1 3 1 = cot − 1 3
∴ cot [ cot − 1 7 + cot − 1 8 + cot − 1 18 ] = 3 \therefore \cot[\cot^{-1}7 + \cot^{-1}8 + \cot^{-1}18] = 3 ∴ cot [ cot − 1 7 + cot − 1 8 + cot − 1 18 ] = 3
We have to prove that that sin − 1 3 5 + cos − 1 12 13 + cot − 1 56 33 = π 2 \sin^{-1}\frac{3}{5} + \cos^{-1}\frac{12}{13} + \cot^{-1}\frac{56}{33} = \frac{\pi}{2} sin − 1 5 3 + cos − 1 13 12 + cot − 1 33 56 = 2 π
sin − 1 3 5 = tan − 1 3 4 \sin^{-1}\frac{3}{5} = \tan^{-1}\frac{3}{4} sin − 1 5 3 = tan − 1 4 3
cos − 1 12 13 = tan − 1 5 12 \cos^{-1}\frac{12}{13} = \tan^{-1}\frac{5}{12} cos − 1 13 12 = tan − 1 12 5
cot − 1 56 33 = tan − 1 33 56 \cot^{-1}\frac{56}{33} = \tan^{-1}\frac{33}{56} cot − 1 33 56 = tan − 1 56 33
∴ sin − 1 3 5 + cos − 1 12 13 + cot − 1 56 33 = tan − 1 3 4 + tan − 1 5 12 + tan − 1 33 56 \therefore \sin^{-1}\frac{3}{5} + \cos^{-1}\frac{12}{13} + \cot^{-1}\frac{56}{33} = \tan^{-1}\frac{3}{4} +
\tan^{-1}\frac{5}{12} + \tan^{-1}\frac{33}{56} ∴ sin − 1 5 3 + cos − 1 13 12 + cot − 1 33 56 = tan − 1 4 3 + tan − 1 12 5 + tan − 1 56 33
= tan − 1 3 4 + 5 12 1 − 3 4 . 5 12 + tan − 1 33 56 = \tan^{-1}\frac{\frac{3}{4} + \frac{5}{12}}{1 - \frac{3}{4}.\frac{5}{12}} + \tan^{-1}\frac{33}{56} = tan − 1 1 − 4 3 . 12 5 4 3 + 12 5 + tan − 1 56 33
= tan − 1 56 48 . 48 33 + tan − 1 33 56 = tan − 1 56 33 + tan − 1 33 56 = \tan^{-1}\frac{56}{48}.\frac{48}{33} + \tan^{-1}\frac{33}{56} = \tan^{-1}\frac{56}{33} + \tan^{-1}\frac{33}{56} = tan − 1 48 56 . 33 48 + tan − 1 56 33 = tan − 1 33 56 + tan − 1 56 33
We know that tan − 1 x + tan − 1 1 x = π / 2 ∵ \tan^{-1}x + \tan^{-1}\frac{1}{x} = \pi/2 \because tan − 1 x + tan − 1 x 1 = π /2 ∵ denominator will be zero.
Hence, tan − 1 56 33 + tan − 1 33 56 = π / 2 \tan^{-1}\frac{56}{33} + \tan^{-1}\frac{33}{56} = \pi/2 tan − 1 33 56 + tan − 1 56 33 = π /2
We have to prove that 2 cot − 1 5 + cot − 1 7 + 2 cot − 1 8 = π 4 2\cot^{-1}5 + \cot^{-1}7 + 2\cot^{-1}8 = \frac{\pi}{4} 2 cot − 1 5 + cot − 1 7 + 2 cot − 1 8 = 4 π
2 cot − 1 6 = 2 tan − 1 1 5 = tan − 1 2. 1 5 1 − 1 25 = tan − 1 5 12 2\cot^{-1}6 = 2\tan^{-1}\frac{1}{5} = \tan^{-1}\frac{2.\frac{1}{5}}{1 - \frac{1}{25}} = \tan^{-1}\frac{5}{12} 2 cot − 1 6 = 2 tan − 1 5 1 = tan − 1 1 − 25 1 2. 5 1 = tan − 1 12 5
2 cot − 1 8 = 2 tan − 1 1 8 = tan − 1 2. 1 8 1 − 1 64 = tan − 1 16 63 2\cot^{-1}8 = 2\tan^{-1}\frac{1}{8} = \tan^{-1}\frac{2.\frac{1}{8}}{1 - \frac{1}{64}} = \tan^{-1}\frac{16}{63} 2 cot − 1 8 = 2 tan − 1 8 1 = tan − 1 1 − 64 1 2. 8 1 = tan − 1 63 16
L.H.S. = tan − 1 5 12 + tan − 1 1 7 + tan − 1 16 63 = \tan^{-1}\frac{5}{12} + \tan^{-1}\frac{1}{7} + \tan^{-1}\frac{16}{63} = tan − 1 12 5 + tan − 1 7 1 + tan − 1 63 16
= tan − 1 5 12 + 16 63 1 − 5 12 . 16 63 + tan − 1 1 7 = tan − 1 3 4 + tan − 1 1 7 = \tan^{-1}\frac{\frac{5}{12} + \frac{16}{63}}{1 - \frac{5}{12}.\frac{16}{63}} + \tan^{-1}\frac{1}{7} =
\tan^{-1}\frac{3}{4} + \tan^{-1}\frac{1}{7} = tan − 1 1 − 12 5 . 63 16 12 5 + 63 16 + tan − 1 7 1 = tan − 1 4 3 + tan − 1 7 1
= tan − 1 3 4 + 1 7 1 − 3 4 . 1 7 = tan − 1 1 = π 4 = = \tan^{-1}\frac{\frac{3}{4} + \frac{1}{7}}{1 - \frac{3}{4}.\frac{1}{7}} =
\tan^{-1}1 = \frac{\pi}{4} = = tan − 1 1 − 4 3 . 7 1 4 3 + 7 1 = tan − 1 1 = 4 π = R.H.S.
We have to prove that tan − 1 1 + tan − 1 2 + tan − 1 3 = 2 ( tan − 1 1 + tan − 1 1 2 + tan − 1 1 3 ) . \tan^{-1}1 + \tan^{-1}2 + \tan^{-1}3 = 2\left(\tan^{-1}1 + \tan^{-1}\frac{1}{2} +
\tan^{-1}\frac{1}{3}\right). tan − 1 1 + tan − 1 2 + tan − 1 3 = 2 ( tan − 1 1 + tan − 1 2 1 + tan − 1 3 1 ) .
L.H.S. = tan − 1 1 + tan − 1 2 + tan − 1 3 = tan − 1 1 + 2 1 − 2 + tan − 1 3 = \tan^{-1}1 + \tan^{-1}2 + \tan^{-1}3 = \tan^{-1}\frac{1 + 2}{1 - 2} + \tan^{-1}3 = tan − 1 1 + tan − 1 2 + tan − 1 3 = tan − 1 1 − 2 1 + 2 + tan − 1 3
= tan − 1 ( − 3 ) + tan − 1 3 = n π = \tan^{-1}(-3) + \tan^{-1}3 = n\pi = tan − 1 ( − 3 ) + tan − 1 3 = nπ
2 tan − 1 1 = tan − 1 1 + 1 1 − 1.1 = tan − 1 ∞ 2\tan^{-1}1 = \tan^{-1}\frac{1 + 1}{1 - 1.1} = \tan^{-1}\infty 2 tan − 1 1 = tan − 1 1 − 1.1 1 + 1 = tan − 1 ∞
2 tan − 1 1 2 = tan − 1 2. 1 2 1 − 1 4 = tan − 1 4 3 2\tan^{-1}\frac{1}{2} = \tan^{-1}\frac{2.\frac{1}{2}}{1 - \frac{1}{4}} = \tan^{-1}\frac{4}{3} 2 tan − 1 2 1 = tan − 1 1 − 4 1 2. 2 1 = tan − 1 3 4
2 tan − 1 1 3 = tan − 1 2. 1 3 1 − 1 9 = tan − 1 3 4 2\tan^{-1}\frac{1}{3} = \tan^{-1}\frac{2.\frac{1}{3}}{1 - \frac{1}{9}} = \tan^{-1}\frac{3}{4} 2 tan − 1 3 1 = tan − 1 1 − 9 1 2. 3 1 = tan − 1 4 3
Now tan − 1 x + tan − 1 1 x = 2 n π + π 2 \tan^{-1}x + \tan^{-1}\frac{1}{x} = 2n\pi + \frac{\pi}{2} tan − 1 x + tan − 1 x 1 = 2 nπ + 2 π
∴ \therefore ∴ R.H.S. = n π = n\pi = nπ
Given A = tan − 1 1 7 A = \tan^{-1}\frac{1}{7} A = tan − 1 7 1 and B = tan − 1 1 3 B = \tan^{-1}\frac{1}{3} B = tan − 1 3 1 , we have to prove that cos 2 A = sin 4 B \cos 2A = \sin 4B cos 2 A = sin 4 B .
cos A = cos tan − 1 1 7 = cos cos − 1 7 50 = 7 50 \cos A = \cos\tan^{-1}\frac{1}{7} = \cos\cos^{-1}\frac{7}{\sqrt{50}} = \frac{7}{\sqrt{50}} cos A = cos tan − 1 7 1 = cos cos − 1 50 7 = 50 7
cos 2 A = 2 cos 2 A − 1 = 2. 49 50 − 1 = 48 50 = 24 25 \cos2A = 2\cos^2A - 1 = 2.\frac{49}{50} - 1 = \frac{48}{50} = \frac{24}{25} cos 2 A = 2 cos 2 A − 1 = 2. 50 49 − 1 = 50 48 = 25 24
cos B = cos tan − 1 1 3 = cos cos − 1 3 10 ⇒ sin B = 1 10 \cos B = \cos\tan^{-1}\frac{1}{3} = \cos\cos^{-1}\frac{3}{\sqrt{10}} \Rightarrow \sin B = \frac{1}{\sqrt{10}} cos B = cos tan − 1 3 1 = cos cos − 1 10 3 ⇒ sin B = 10 1
sin 4 B = 4 sin B cos B ( 2 cos 2 B − 1 ) = 4. 1 10 . 3 10 ( 2. 9 10 − 1 ) \sin4B = 4\sin B\cos B(2\cos^2B - 1) = 4.\frac{1}{\sqrt{10}}.\frac{3}{\sqrt{10}}\left(2.\frac{9}{10} - 1\right) sin 4 B = 4 sin B cos B ( 2 cos 2 B − 1 ) = 4. 10 1 . 10 3 ( 2. 10 9 − 1 )
= 12 10 . 8 10 = 24 25 = \frac{12}{10}.\frac{8}{10} = \frac{24}{25} = 10 12 . 10 8 = 25 24
Hence, cos 2 A = sin 4 B \cos2A = \sin4B cos 2 A = sin 4 B .
We have to find the sum tan − 1 x 1 + 1.2 x 2 + tan − 1 x 1 + 2.3 x 2 + … + tan − 1 1 1 + n ( n + 1 ) x 2 , x > 0. \tan^{-1}\frac{x}{1 + 1.2x^2} + \tan^{-1}\frac{x}{1 + 2.3x^2} + \ldots + \tan^{-1}\frac{1}{1 +
n(n + 1)x^2}, x> 0. tan − 1 1 + 1.2 x 2 x + tan − 1 1 + 2.3 x 2 x + … + tan − 1 1 + n ( n + 1 ) x 2 1 , x > 0.
tan − 1 x 1 + 1.2 x 2 = tan − 1 2 x − tan − 1 x \tan^{-1}\frac{x}{1 + 1.2x^2} = \tan^{-1}2x - \tan^{-1}x tan − 1 1 + 1.2 x 2 x = tan − 1 2 x − tan − 1 x
tan − 1 x 1 + 2.3 x 2 = tan − 1 3 x − tan − 1 2 x \tan^{-1}\frac{x}{1 + 2.3x^2} = \tan^{-1}3x - \tan^{-1}2x tan − 1 1 + 2.3 x 2 x = tan − 1 3 x − tan − 1 2 x
… \ldots …
tan − 1 1 1 + n ( n + 1 ) x 2 = tan − 1 ( n + 1 ) x − tan − 1 n x \tan^{-1}\frac{1}{1 + n(n + 1)x^2} = \tan^{-1}(n + 1)x - \tan^{-1}nx tan − 1 1 + n ( n + 1 ) x 2 1 = tan − 1 ( n + 1 ) x − tan − 1 n x
Adding, we get
tan − 1 x 1 + 1.2 x 2 + tan − 1 x 1 + 2.3 x 2 + … + tan − 1 1 1 + n ( n + 1 ) x 2 = tan − 1 ( n + 1 ) x − tan − 1 x \tan^{-1}\frac{x}{1 + 1.2x^2} + \tan^{-1}\frac{x}{1 + 2.3x^2} + \ldots + \tan^{-1}\frac{1}{1 + n(n + 1)x^2} =
\tan^{-1}(n + 1)x - \tan^{-1}x tan − 1 1 + 1.2 x 2 x + tan − 1 1 + 2.3 x 2 x + … + tan − 1 1 + n ( n + 1 ) x 2 1 = tan − 1 ( n + 1 ) x − tan − 1 x
= tan − 1 n x 1 + ( n + 1 ) x 2 = \tan^{-1}\frac{nx}{1 + (n + 1)x^2} = tan − 1 1 + ( n + 1 ) x 2 n x
We have to find the sum tan − 1 d 1 + a 1 a 2 + tan − 1 d 1 + a 2 a 3 + … + tan − 1 d 1 + a n a n + 1 , \tan^{-1}\frac{d}{1 + a_1a_2} + \tan^{-1}\frac{d}{1 + a_2a_3} + \ldots + \tan^{-1}\frac{d}{1 +
a_na_{n + 1}}, tan − 1 1 + a 1 a 2 d + tan − 1 1 + a 2 a 3 d + … + tan − 1 1 + a n a n + 1 d , where a 1 , a 2 , … , a n , a n + 1 a_1, a_2, \ldots, a_n, a_{n + 1} a 1 , a 2 , … , a n , a n + 1 form an arithmetic progression with common difference
d . d. d .
tan − 1 d 1 + a 1 a 2 = tan − 1 a 2 − a 1 1 + a 1 a 2 = tan − 1 a 2 − tan − 1 a 1 \tan^{-1}\frac{d}{1 + a_1a_2} = \tan^{-1}\frac{a_2 - a_1}{1 + a_1a_2} = \tan^{-1}a_2 - \tan^{-1}a_1 tan − 1 1 + a 1 a 2 d = tan − 1 1 + a 1 a 2 a 2 − a 1 = tan − 1 a 2 − tan − 1 a 1
tan − 1 d 1 + a 2 a 3 = tan − 1 a 3 − a 1 1 + a 2 a 3 = tan − 1 a 3 − tan − 1 a 2 \tan^{-1}\frac{d}{1 + a_2a_3} = \tan^{-1}\frac{a_3 - a_1}{1 + a_2a_3} = \tan^{-1}a_3 - \tan^{-1}a_2 tan − 1 1 + a 2 a 3 d = tan − 1 1 + a 2 a 3 a 3 − a 1 = tan − 1 a 3 − tan − 1 a 2
… \ldots …
tan − 1 d 1 + a n a n + 1 = tan − 1 a n + 1 − a n 1 + a n a n + 1 = tan − 1 a n + 1 − a n \tan^{-1}\frac{d}{1 + a_na_{n + 1}} = \tan^{-1}\frac{a_{n + 1} - a_n}{1 + a_na_{n +1}} = \tan^{-1}a_{n + 1} - a_n tan − 1 1 + a n a n + 1 d = tan − 1 1 + a n a n + 1 a n + 1 − a n = tan − 1 a n + 1 − a n
Adding, we get
tan − 1 d 1 + a 1 a 2 + tan − 1 d 1 + a 2 a 3 + … + tan − 1 d 1 + a n a n + 1 = tan − 1 a n + 1 − tan − 1 a 1 = tan − 1 n d 1 + a 1 a n + 1 \tan^{-1}\frac{d}{1 + a_1a_2} + \tan^{-1}\frac{d}{1 + a_2a_3} + \ldots + \tan^{-1}\frac{d}{1 +
a_na_{n + 1}} = \tan^{-1}a_{n + 1} - \tan^{-1}a_1 = \tan^{-1}\frac{nd}{1 + a_1a_{n + 1}} tan − 1 1 + a 1 a 2 d + tan − 1 1 + a 2 a 3 d + … + tan − 1 1 + a n a n + 1 d = tan − 1 a n + 1 − tan − 1 a 1 = tan − 1 1 + a 1 a n + 1 n d
We have computed sin − 1 sin 5 = 5 − 2 π \sin^{-1}\sin5 = 5-2\pi sin − 1 sin 5 = 5 − 2 π , so we can rewrite the inequality as 5 − 2 π > x 2 − 4 x 5 - 2\pi>x^2 - 4x 5 − 2 π > x 2 − 4 x or
x 2 − 4 x + 2 π − 5 < 0 x^2 - 4x + 2\pi - 5 < 0 x 2 − 4 x + 2 π − 5 < 0 which is a quadratic equation having positive coefficient for x 2 x^2 x 2 . Thus it will be
( x − α ) ( x − β ) < 0 (x - \alpha)(x - \beta) < 0 ( x − α ) ( x − β ) < 0 for the above to hold true.
⇒ [ x − 4 − 16 − 4 ( 2 π − 5 ) 2 ] [ x − 4 + 16 − 4 ( 2 π − 5 ) ] < 0 \Rightarrow \left[x - \frac{4 - \sqrt{16 - 4(2\pi - 5)}}{2}\right]\left[x - \frac{4 + \sqrt{16 - 4(2\pi - 5)}}{}\right]
< 0 ⇒ [ x − 2 4 − 16 − 4 ( 2 π − 5 ) ] [ x − 4 + 16 − 4 ( 2 π − 5 ) ] < 0
⇒ x ∈ ( 2 − 9 − 2 π , 2 + 9 − 2 π ) \Rightarrow x\in (2 - \sqrt{9 - 2\pi}, 2 + \sqrt{9 - 2\pi}) ⇒ x ∈ ( 2 − 9 − 2 π , 2 + 9 − 2 π )
Given, tan − 1 y = 5 tan − 1 x \tan^{-1}y = 5\tan^{-1}x tan − 1 y = 5 tan − 1 x , which we can rewrite as tan − 1 y = 2 tan − 1 x + 3 tan − 1 x \tan^{-1}y = 2\tan^{-1}x + 3\tan^{-1}x tan − 1 y = 2 tan − 1 x + 3 tan − 1 x
R.H.S. = tan − 1 2 x 1 − x 2 + tan − 1 3 x − x 3 1 − 3 x 2 = \tan^{-1}\frac{2x}{1 - x^2} + \tan^{-1}\frac{3x - x^3}{1 - 3x^2} = tan − 1 1 − x 2 2 x + tan − 1 1 − 3 x 2 3 x − x 3
= tan − 1 2 x ( 1 − 3 x 2 ) + ( 1 − x 2 ) ( 3 x − x 3 ) ( 1 − x 2 ) ( 1 − 3 x 2 ) − 2 x ( 3 x − x 3 ) = \tan^{-1}\frac{2x(1 - 3x^2) + (1 - x^2)(3x - x^3)}{(1 - x^2)(1 - 3x^2) - 2x(3x - x^3)} = tan − 1 ( 1 − x 2 ) ( 1 − 3 x 2 ) − 2 x ( 3 x − x 3 ) 2 x ( 1 − 3 x 2 ) + ( 1 − x 2 ) ( 3 x − x 3 )
= tan − 1 2 x − 6 x 3 + 3 x − x 3 − 3 x 3 + x 5 1 − 4 x 2 + 3 x 4 − 6 x 2 + 2 x 4 =\tan^{-1}\frac{2x - 6x^3 + 3x - x^3 -3x^3 + x^5}{1 - 4x^2 + 3x^4 - 6x^2 + 2x^4} = tan − 1 1 − 4 x 2 + 3 x 4 − 6 x 2 + 2 x 4 2 x − 6 x 3 + 3 x − x 3 − 3 x 3 + x 5
⇒ y = x 5 − 10 x 3 + 2 x 5 x 4 − 10 x 2 + 1 \Rightarrow y = \frac{x^5 - 10x^3 + 2x}{5x^4 - 10x^2 + 1} ⇒ y = 5 x 4 − 10 x 2 + 1 x 5 − 10 x 3 + 2 x
Let tan − 1 x = 1 8 ∘ \tan^{-1}x = 18^\circ tan − 1 x = 1 8 ∘ then tan − 1 y = π 2 ⇒ 5 x 4 − 10 x 2 + 1 = 0 \tan^{-1}y = \frac{\pi}{2}\Rightarrow 5x^4 - 10x^2 + 1 = 0 tan − 1 y = 2 π ⇒ 5 x 4 − 10 x 2 + 1 = 0 .
Let cos − 1 x = α , cos − 1 y = β , cos − 1 z = γ \cos^{-1}x = \alpha, \cos^{-1}y = \beta, \cos^{-1}z = \gamma cos − 1 x = α , cos − 1 y = β , cos − 1 z = γ
⇒ cos α = x , cos β = y , cos γ = z \Rightarrow \cos\alpha = x, \cos\beta = y, \cos\gamma = z ⇒ cos α = x , cos β = y , cos γ = z
Also, given α + β + γ = π \alpha + \beta + \gamma = \pi α + β + γ = π
and x + y + z = 3 2 ⇒ cos α + cos β + cos γ = 3 2 x + y + z = \frac{3}{2} \Rightarrow \cos\alpha + \cos\beta + \cos\gamma = \frac{3}{2} x + y + z = 2 3 ⇒ cos α + cos β + cos γ = 2 3
Let z = cos α + cos β + cos γ z = \cos\alpha + \cos\beta + \cos\gamma z = cos α + cos β + cos γ and angle γ \gamma γ be fixed then
z = 2 cos α + β 2 cos α − β 2 + cos γ z = 2\cos\frac{\alpha + \beta}{2}\cos\frac{\alpha - \beta}{2} + \cos\gamma z = 2 cos 2 α + β cos 2 α − β + cos γ
= 2 sin γ 2 cos α − β 2 + cos γ = 2\sin\frac{\gamma}{2}\cos\frac{\alpha - \beta}{2} + \cos\gamma = 2 sin 2 γ cos 2 α − β + cos γ
Since γ \gamma γ is fixed, cos γ \cos\gamma cos γ and sin γ 2 \sin\frac{\gamma}{2} sin 2 γ are fixed. Only changing term is
cos α − β 2 \cos\frac{\alpha - \beta}{2} cos 2 α − β
Clearly, z z z will be maximum if cos α − β 2 = 1 \cos\frac{\alpha - \beta}{2} = 1 cos 2 α − β = 1 i.e. α = β \alpha = \beta α = β
Similarly, when angle β \beta β is fixed, z z z will be maximum if γ = α \gamma = \alpha γ = α
and when angle α \alpha α is fixed, z z z will be maximum if β = γ \beta = \gamma β = γ
⇒ z \Rightarrow z ⇒ z will be maximum if α + β + γ = 6 0 ∘ \alpha + \beta + \gamma = 60^\circ α + β + γ = 6 0 ∘
⇒ z m a x = cos 6 0 ∘ + cos 6 0 ∘ + cos 6 0 ∘ = 3 2 \Rightarrow z_{max} = \cos60^\circ + \cos60^\circ + \cos60^\circ = \frac{3}{2} ⇒ z ma x = cos 6 0 ∘ + cos 6 0 ∘ + cos 6 0 ∘ = 2 3
⇒ α = β = γ = 6 0 ∘ ⇒ x = y = z \Rightarrow \alpha = \beta = \gamma = 60^\circ \Rightarrow x = y = z ⇒ α = β = γ = 6 0 ∘ ⇒ x = y = z
Let sin − 1 x = α , sin − 1 y = β , sin − 1 z = γ \sin^{-1}x = \alpha, \sin^{-1}y = \beta, \sin^{-1}z = \gamma sin − 1 x = α , sin − 1 y = β , sin − 1 z = γ
⇒ sin α = x , sin β = y , sin γ = z \Rightarrow \sin\alpha = x, \sin\beta = y, \sin\gamma = z ⇒ sin α = x , sin β = y , sin γ = z
Also, α + β + γ = π \alpha + \beta + \gamma = \pi α + β + γ = π
⇒ α + β = π − γ \Rightarrow \alpha + \beta = \pi - \gamma ⇒ α + β = π − γ
⇒ cos ( α + β ) = cos ( π − γ ) \Rightarrow \cos(\alpha + \beta) = \cos(\pi - \gamma) ⇒ cos ( α + β ) = cos ( π − γ )
⇒ cos α cos β − sin α sin β = − cos γ \Rightarrow \cos\alpha\cos\beta - \sin\alpha\sin\beta = -\cos\gamma ⇒ cos α cos β − sin α sin β = − cos γ
⇒ 1 − x 2 1 − y 2 − x y = − 1 − z 2 \Rightarrow \sqrt{1 - x^2}\sqrt{1 - y^2} - xy = -\sqrt{1 - z^2} ⇒ 1 − x 2 1 − y 2 − x y = − 1 − z 2
⇒ ( 1 − x 2 ) ( 1 − y 2 ) = x y − 1 − z 2 \Rightarrow \sqrt{(1 - x^2)(1 - y^2)} = xy - \sqrt{1 - z^2} ⇒ ( 1 − x 2 ) ( 1 − y 2 ) = x y − 1 − z 2
Squaring, we get
( 1 − x 2 ) ( 1 − y 2 ) = x 2 y 2 + 1 − z 2 − 2 x y 1 − z 2 (1 - x^2)(1 - y^2) = x^2y^2 + 1 - z^2 -2xy\sqrt{1 - z^2} ( 1 − x 2 ) ( 1 − y 2 ) = x 2 y 2 + 1 − z 2 − 2 x y 1 − z 2
⇒ x 2 + y 2 − z 2 = 2 x y 1 − z 2 \Rightarrow x^2 + y^2 - z^2 = 2xy\sqrt{1 - z^2} ⇒ x 2 + y 2 − z 2 = 2 x y 1 − z 2
Squaring again, we get
x 4 + y 4 + z 4 + 4 x 2 y 2 z 2 = 2 ( x 2 y 2 + y 2 z 2 + z 2 x 2 ) x^4 + y^4 + z^4 + 4x^2y^2z^2 = 2(x^2y^2 + y^2z^2 + z^2x^2) x 4 + y 4 + z 4 + 4 x 2 y 2 z 2 = 2 ( x 2 y 2 + y 2 z 2 + z 2 x 2 )
Let tan − 1 α β = θ , tan − 1 β α = ϕ \tan^{-1}\frac{\alpha}{\beta} = \theta, \tan^{-1}\frac{\beta}{\alpha} = \phi tan − 1 β α = θ , tan − 1 α β = ϕ
∴ tan θ = α β , tan ϕ = β α \therefore \tan\theta = \frac{\alpha}{\beta}, \tan\phi = \frac{\beta}{\alpha} ∴ tan θ = β α , tan ϕ = α β
L.H.S. = α 3 2 sin 2 θ 2 + β 3 2 cos 2 ϕ 2 = \frac{\alpha^3}{2\sin^2\frac{\theta}{2}} + \frac{\beta^3}{2\cos^2\frac{\phi}{2}} = 2 s i n 2 2 θ α 3 + 2 c o s 2 2 ϕ β 3
= α 3 1 − cos θ + β 3 1 + cos ϕ = \frac{\alpha^3}{1 - \cos\theta} + \frac{\beta^3}{1 + \cos\phi} = 1 − c o s θ α 3 + 1 + c o s ϕ β 3
= α 3 1 − β α 2 + β 2 + β 3 1 + α α 2 + β 2 = \frac{\alpha^3}{1 - \frac{\beta}{\sqrt{\alpha^2 + \beta^2}}} + \frac{\beta^3}{1 + \frac{\alpha}{\sqrt{\alpha^2 +
\beta^2}}} = 1 − α 2 + β 2 β α 3 + 1 + α 2 + β 2 α β 3
= α 2 + β 2 [ α 3 ( α 2 + β 2 + β ) ( α 2 + β 2 ) − β 2 + β 3 ( α 2 + β 2 ) − α ( α 2 + β 2 ) − α 2 ] = \sqrt{\alpha^2 + \beta^2}\left[\frac{\alpha^3(\sqrt{\alpha^2 + \beta^2}+ \beta)}{(\alpha^2 + \beta^2) - \beta^2} +
\frac{\beta^3(\sqrt{\alpha^2 + \beta^2}) - \alpha}{(\alpha^2 + \beta^2) - \alpha^2}\right] = α 2 + β 2 [ ( α 2 + β 2 ) − β 2 α 3 ( α 2 + β 2 + β ) + ( α 2 + β 2 ) − α 2 β 3 ( α 2 + β 2 ) − α ]
= α 2 + β 2 [ α ( α 2 + β 2 + β ) + β ( α 2 + β 2 − α ) ] = \sqrt{\alpha^2 + \beta^2}[\alpha(\sqrt{\alpha^2 + \beta^2} + \beta) + \beta(\sqrt{\alpha^2 + \beta^2} - \alpha)] = α 2 + β 2 [ α ( α 2 + β 2 + β ) + β ( α 2 + β 2 − α )]
= ( α 2 + β 2 ) ( α + β ) = (\alpha^2 + \beta^2)(\alpha + \beta) = ( α 2 + β 2 ) ( α + β )
We have to prove that 2 tan − 1 [ tan α 2 tan ( π 4 − β 2 ) ] = tan − 1 [ sin α cos β sin β + cos α ] . 2\tan^{-1}\left[\tan\frac{\alpha}{2}\tan\left(\frac{\pi}{4} - \frac{\beta}{2}\right)\right] =
\tan^{-1}\left[\frac{\sin\alpha\cos\beta}{\sin\beta + \cos\alpha}\right]. 2 tan − 1 [ tan 2 α tan ( 4 π − 2 β ) ] = tan − 1 [ s i n β + c o s α s i n α c o s β ] .
L.H.S. = 2 tan − 1 [ tan α 2 tan ( π 4 − β 2 ) ] = 2\tan^{-1}\left[\tan\frac{\alpha}{2}\tan\left(\frac{\pi}{4} - \frac{\beta}{2}\right)\right] = 2 tan − 1 [ tan 2 α tan ( 4 π − 2 β ) ]
= 2 tan − 1 [ tan α 2 1 − tan β 2 1 + tan β 2 ] = 2\tan^{-1}\left[\tan\frac{\alpha}{2}\frac{1 - \tan\frac{\beta}{2}}{1 + \tan\frac{\beta}{2}}\right] = 2 tan − 1 [ tan 2 α 1 + t a n 2 β 1 − t a n 2 β ]
= tan − 1 [ 2 tan α 2 1 − tan β 2 1 + tan β 2 1 − tan 2 α 2 ( 1 − tan β 2 ) 2 ( 1 + tan β 2 ) 2 ] = \tan^{-1}\left[\frac{2\tan\frac{\alpha}{2}\frac{1 - \tan\frac{\beta}{2}}{1 + \tan\frac{\beta}{2}}}{1 -
\tan^2\frac{\alpha}{2}\frac{\left(1 - \tan\frac{\beta}{2}\right)^2}{\left(1 + \tan\frac{\beta}{2}\right)^2}}\right] = tan − 1 1 − t a n 2 2 α ( 1 + t a n 2 β ) 2 ( 1 − t a n 2 β ) 2 2 t a n 2 α 1 + t a n 2 β 1 − t a n 2 β
Substituting tan α 2 = sin α 2 cos α 2 \tan\frac{\alpha}{2} = \frac{\sin\frac{\alpha}{2}}{\cos\frac{\alpha}{2}} tan 2 α = c o s 2 α s i n 2 α and tan β 2 = sin α 2 cos β 2 \tan\frac{\beta}{2} =
\frac{\sin\frac{\alpha}{2}}{\cos\frac{\beta}{2}} tan 2 β = c o s 2 β s i n 2 α and simplifying we arrive at the desired result.
R.H.S. = tan − 1 [ tan 2 ( α + b e t a ) tan 2 ( α − β ) ] + tan − 1 1 = \tan^{-1}[\tan^2(\alpha + beta)\tan^2(\alpha - \beta)] + \tan^{-1}1 = tan − 1 [ tan 2 ( α + b e t a ) tan 2 ( α − β )] + tan − 1 1
= tan − 1 [ 1 + tan 2 ( α + β ) tan 2 ( α − b e t a ) 1 − tan 2 ( α + β ) tan 2 ( α − b e t a ) ] = \tan^{-1}\left[\frac{1 + \tan^2(\alpha + \beta)\tan^{2}(\alpha - beta)}{1 - \tan^2(\alpha + \beta)\tan^{2}(\alpha -
beta)}\right] = tan − 1 [ 1 − t a n 2 ( α + β ) t a n 2 ( α − b e t a ) 1 + t a n 2 ( α + β ) t a n 2 ( α − b e t a ) ]
= tan − 1 [ cos 2 ( α + β ) cos 2 ( α − β ) + sin 2 ( α + β ) sin 2 ( α − β ) cos 2 ( α + β ) cos 2 ( α − β ) − sin 2 ( α + β ) sin 2 ( α − β ) ] = \tan^{-1}\left[\frac{\cos^2(\alpha + \beta)\cos^2(\alpha - \beta) + \sin^2(\alpha + \beta)\sin^2(\alpha -
\beta)}{\cos^2(\alpha + \beta)\cos^2(\alpha - \beta) - \sin^2(\alpha + \beta)\sin^2(\alpha - \beta)}\right] = tan − 1 [ c o s 2 ( α + β ) c o s 2 ( α − β ) − s i n 2 ( α + β ) s i n 2 ( α − β ) c o s 2 ( α + β ) c o s 2 ( α − β ) + s i n 2 ( α + β ) s i n 2 ( α − β ) ]
= tan − 1 [ 4 cos 2 ( α + β ) cos 2 ( α − β ) + 4 sin 2 ( α + β ) sin 2 ( α − β ) 4 cos 2 ( α + β ) cos 2 ( α − β ) − 4 sin 2 ( α + β ) sin 2 ( α − β ) ] = \tan^{-1}\left[\frac{4\cos^2(\alpha + \beta)\cos^2(\alpha - \beta) + 4\sin^2(\alpha + \beta)\sin^2(\alpha -
\beta)}{4\cos^2(\alpha + \beta)\cos^2(\alpha - \beta) - 4\sin^2(\alpha + \beta)\sin^2(\alpha - \beta)}\right] = tan − 1 [ 4 c o s 2 ( α + β ) c o s 2 ( α − β ) − 4 s i n 2 ( α + β ) s i n 2 ( α − β ) 4 c o s 2 ( α + β ) c o s 2 ( α − β ) + 4 s i n 2 ( α + β ) s i n 2 ( α − β ) ]
= tan − 1 [ { 2 cos ( α + β ) cos ( α − β ) } 2 + { 2 sin ( α + β ) sin ( α − β ) } 2 { 2 cos ( α + β ) cos ( α − β ) } 2 − { 2 sin ( α + β ) sin ( α − β ) } 2 ] = \tan^{-1}\left[\frac{\{2\cos(\alpha + \beta)\cos(\alpha - \beta)\}^2 + \{2\sin(\alpha + \beta)\sin(\alpha -
\beta)\}^2}{\{2\cos(\alpha + \beta)\cos(\alpha - \beta)\}^2 - \{2\sin(\alpha + \beta)\sin(\alpha - \beta)\}^2}\right] = tan − 1 [ { 2 c o s ( α + β ) c o s ( α − β ) } 2 − { 2 s i n ( α + β ) s i n ( α − β ) } 2 { 2 c o s ( α + β ) c o s ( α − β ) } 2 + { 2 s i n ( α + β ) s i n ( α − β ) } 2 ]
= tan − 1 [ ( cos 2 α + cos 2 β ) 2 + ( cos 2 β − cos 2 α ) 2 cos 2 α + cos 2 β ) 2 − ( cos 2 β − cos 2 α ) 2 ] =\tan^{-1}\left[\frac{(\cos2\alpha + \cos2\beta)^2 + (\cos2\beta - \cos2\alpha)^2}{\cos2\alpha + \cos2\beta)^2 -
(\cos2\beta - \cos2\alpha)^2}\right] = tan − 1 [ c o s 2 α + c o s 2 β ) 2 − ( c o s 2 β − c o s 2 α ) 2 ( c o s 2 α + c o s 2 β ) 2 + ( c o s 2 β − c o s 2 α ) 2 ]
= tan − 1 [ 2 cos 2 α + 2 cos 2 β 4 cos 2 α cos β ] = \tan^{-1}\left[\frac{2\cos^2\alpha + 2\cos^2\beta}{4\cos2\alpha\cos\beta}\right] = tan − 1 [ 4 c o s 2 α c o s β 2 c o s 2 α + 2 c o s 2 β ]
= tan − 1 [ 1 2 cos 2 α sec 2 β + 1 2 cos β sec α ] = = \tan^{-1}\left[\frac{1}{2}\cos2\alpha\sec2\beta + \frac{1}{2}\cos\beta\sec\alpha\right] = = tan − 1 [ 2 1 cos 2 α sec 2 β + 2 1 cos β sec α ] = L.H.S.
Let 3 − 4 x 2 x 2 = t ⇒ 3 − 4 x 2 4 x 2 = t 2 \sqrt{\frac{3 - 4x^2}{x^2}} = t \Rightarrow \sqrt{\frac{3 - 4x^2}{4x^2}} = \frac{t}{2} x 2 3 − 4 x 2 = t ⇒ 4 x 2 3 − 4 x 2 = 2 t
∴ \therefore ∴ R.H.S. = 2 tan − 1 t 2 − tan − 1 t = 2\tan^{-1}\frac{t}{2} - \tan^{-1}t = 2 tan − 1 2 t − tan − 1 t
= tan − 1 t 1 − t 2 4 − tan − 1 t = tan − 1 4 t 4 − t 2 − t a n − 1 t = \tan{-1}\frac{t}{1 - \frac{t^2}{4}} - \tan^{-1}t = \tan^{-1}\frac{4t}{4 - t^2} - tan^{-1}t = tan − 1 1 − 4 t 2 t − tan − 1 t = tan − 1 4 − t 2 4 t − t a n − 1 t
= tan − 1 4 t 4 − t 2 − t 1 + 4 t 2 4 − t 2 = t a n − 1 t 3 4 + 3 t 2 = \tan^{-1}\frac{\frac{4t}{4 - t^2} - t}{1 + \frac{4t^2}{4 - t^2}} = tan^{-1}\frac{t^3}{4 + 3t^2} = tan − 1 1 + 4 − t 2 4 t 2 4 − t 2 4 t − t = t a n − 1 4 + 3 t 2 t 3
⇒ cot − 1 y 1 − x 2 − y 2 = tan − 1 t 3 4 + 3 t 2 \Rightarrow \cot^{-1}\frac{y}{\sqrt{1 - x^2 - y^2}} = \tan^{-1}\frac{t^3}{4 + 3t^2} ⇒ cot − 1 1 − x 2 − y 2 y = tan − 1 4 + 3 t 2 t 3
⇒ 1 − x 2 − y 2 y 2 = t 6 9 t 4 + 24 t 2 + 16 \Rightarrow \frac{1 - x^2 - y^2}{y^2} = \frac{t^6}{9t^4 + 24t^2 + 16} ⇒ y 2 1 − x 2 − y 2 = 9 t 4 + 24 t 2 + 16 t 6
⇒ 1 − x 2 y 2 − 1 = t 6 9 t 4 + 24 t 2 + 16 \Rightarrow \frac{1 - x^2}{y^2} - 1 = \frac{t^6}{9t^4 + 24t^2 + 16} ⇒ y 2 1 − x 2 − 1 = 9 t 4 + 24 t 2 + 16 t 6
⇒ 1 − x 2 y 2 = t 6 + 9 t 4 + 24 t 2 + 16 9 t 4 + 24 t 2 + 16 \Rightarrow \frac{1 - x^2}{y^2} = \frac{t^6 + 9t^4 + 24t^2 + 16}{9t^4 + 24t^2 + 16} ⇒ y 2 1 − x 2 = 9 t 4 + 24 t 2 + 16 t 6 + 9 t 4 + 24 t 2 + 16
⇒ y 2 = 9 t 4 + 24 t 2 + 16 t 6 + 9 t 4 + 24 t 2 + 16 ( 1 − x 2 ) \Rightarrow y^2 = \frac{9t^4 + 24t^2 + 16}{t^6 + 9t^4 + 24t^2 + 16}(1 - x^2) ⇒ y 2 = t 6 + 9 t 4 + 24 t 2 + 16 9 t 4 + 24 t 2 + 16 ( 1 − x 2 )
We know that t 2 + 4 = 3 x 2 t^2 + 4 = \frac{3}{x^2} t 2 + 4 = x 2 3 from our initial equation.
⇒ y 2 = ( t 2 + 4 ) 2 + 8 t 4 + 16 t 2 ( t 2 + 1 ) ( t 2 + 4 ) 2 ( 1 − x 2 ) \Rightarrow y^2 = \frac{(t^2 + 4)^2 + 8t^4 + 16t^2}{(t^2 + 1)(t^2 + 4)^2}(1 - x^2) ⇒ y 2 = ( t 2 + 1 ) ( t 2 + 4 ) 2 ( t 2 + 4 ) 2 + 8 t 4 + 16 t 2 ( 1 − x 2 )
Substituting for t t t and simplifying, we obtain
27 y 2 = 81 x 2 − 144 x 4 + 64 x 6 27y^2 = 81x^2 -144x^4 + 64x^6 27 y 2 = 81 x 2 − 144 x 4 + 64 x 6
Given m tan ( α − θ ) cos 2 θ = n tan θ cos 2 ( α − θ ) \frac{m\tan(\alpha - \theta)}{\cos^2\theta} = \frac{n\tan\theta}{\cos^2(\alpha - \theta)} c o s 2 θ m t a n ( α − θ ) = c o s 2 ( α − θ ) n t a n θ
⇒ m n = sin θ cos θ sin ( α − θ ) cos ( α − θ ) = sin 2 θ sin 2 ( α − θ ) \Rightarrow \frac{m}{n} = \frac{\sin\theta\cos\theta}{\sin(\alpha - \theta)\cos(\alpha - \theta)} =
\frac{\sin2\theta}{\sin2(\alpha - \theta)} ⇒ n m = s i n ( α − θ ) c o s ( α − θ ) s i n θ c o s θ = s i n 2 ( α − θ ) s i n 2 θ
Doing componendo and dividendo, we get
n − m m + n = sin 2 ( α − θ ) − sin 2 θ sin 2 θ + sin 2 ( α − θ ) \frac{n - m}{m + n} = \frac{\sin2(\alpha - \theta) - \sin2\theta}{\sin2\theta + \sin2(\alpha - \theta)} m + n n − m = s i n 2 θ + s i n 2 ( α − θ ) s i n 2 ( α − θ ) − s i n 2 θ
⇒ n − m m + n = cos α sin ( α − 2 θ ) sin α cos ( α − 2 θ ) \Rightarrow \frac{n - m}{m + n} = \frac{\cos\alpha\sin(\alpha - 2\theta)}{\sin\alpha\cos(\alpha - 2\theta)} ⇒ m + n n − m = s i n α c o s ( α − 2 θ ) c o s α s i n ( α − 2 θ )
⇒ n − m m + n = tan ( α − 2 θ ) tan α \Rightarrow \frac{n - m}{m + n} = \frac{\tan(\alpha - 2\theta)}{\tan\alpha} ⇒ m + n n − m = t a n α t a n ( α − 2 θ )
⇒ α − 2 θ = tan − 1 ( n − m m + n ) tan α \Rightarrow \alpha - 2\theta = \tan^{-1}\left(\frac{n - m}{m + n}\right)\tan\alpha ⇒ α − 2 θ = tan − 1 ( m + n n − m ) tan α
⇒ θ = 1 2 [ α − tan − 1 ( n − m n + m ) tan α ] \Rightarrow \theta = \frac{1}{2}\left[\alpha - \tan^{-1}\left(\frac{n - m}{n + m}\right)\tan\alpha\right] ⇒ θ = 2 1 [ α − tan − 1 ( n + m n − m ) tan α ]
Given, sin − 1 x a + sin − 1 y b = sin − 1 c 2 a b \sin^{-1}\frac{x}{a} + \sin^{-1}\frac{y}{b} = \sin^{-1}\frac{c^2}{ab} sin − 1 a x + sin − 1 b y = sin − 1 ab c 2
⇒ sin − 1 x a = sin − 1 c 2 a b − sin − 1 y b \Rightarrow \sin^{-1}\frac{x}{a} = \sin^{-1}\frac{c^2}{ab} - \sin^{-1}\frac{y}{b} ⇒ sin − 1 a x = sin − 1 ab c 2 − sin − 1 b y
⇒ x a = c 2 a b 1 − y 2 b 2 − y b 1 − c 4 a 2 b 2 \Rightarrow \frac{x}{a} = \frac{c^2}{ab}\sqrt{1 - \frac{y^2}{b^2}} - \frac{y}{b}\sqrt{1 - \frac{c^4}{a^2b^2}} ⇒ a x = ab c 2 1 − b 2 y 2 − b y 1 − a 2 b 2 c 4
⇒ x a + y b 1 − c 4 a 2 b 2 = c 2 a b 1 − y 2 b 2 \Rightarrow \frac{x}{a} + \frac{y}{b}\sqrt{1 - \frac{c^4}{a^2b^2}} = \frac{c^2}{ab}\sqrt{1 - \frac{y^2}{b^2}} ⇒ a x + b y 1 − a 2 b 2 c 4 = ab c 2 1 − b 2 y 2
Squaring both sides
⇒ x 2 a 2 + y 2 b 2 ( 1 − c 4 a 2 b 2 ) + 2 x y a b 1 − c 4 a 2 b 2 = c 4 a 2 b 2 ( 1 − y 2 b 2 ) \Rightarrow \frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2}\left(1 - \frac{c^4}{a^2b^2}\right) + \frac{2xy}{ab}\sqrt{1 -
\frac{c^4}{a^2b^2}} = \frac{c^4}{a^2b^2}\left(1 - \frac{y^2}{b^2}\right) ⇒ a 2 x 2 + b 2 y 2 ( 1 − a 2 b 2 c 4 ) + ab 2 x y 1 − a 2 b 2 c 4 = a 2 b 2 c 4 ( 1 − b 2 y 2 )
⇒ b 2 x 2 + 2 x y a 2 b 2 − c 4 = c 4 − a 2 y 2 \Rightarrow b^2x^2 + 2xy\sqrt{a^2b^2 - c^4} = c^4 - a^2y^2 ⇒ b 2 x 2 + 2 x y a 2 b 2 − c 4 = c 4 − a 2 y 2
We have to prove that tan − 1 t + tan − 1 2 t 1 − t 2 = tan − 1 3 t − t 3 1 − 3 t 2 \tan^{-1}t + \tan^{-1}\frac{2t}{1 - t^2} = \tan^{-1}\frac{3t - t^3}{1 - 3t^2} tan − 1 t + tan − 1 1 − t 2 2 t = tan − 1 1 − 3 t 2 3 t − t 3
L.H.S. = tan − 1 t + 2 tan − 1 t = 3 tan − 1 t = tan − 1 3 t − t 3 1 − 3 t 2 = \tan^{-1}t + 2\tan^{-1}t = 3\tan^{-1}t = \tan^{-1}\frac{3t - t^3}{1 - 3t^2} = tan − 1 t + 2 tan − 1 t = 3 tan − 1 t = tan − 1 1 − 3 t 2 3 t − t 3
If a > x > b a>x>b a > x > b or a < x < b a<x<b a < x < b then the fractions under square root are positive and less than one. So the angles are
defined.
cos − 1 a − x a − b = sin − 1 1 − a − x a − b = sin − 1 x − b a − b \cos^{-1}\sqrt{\frac{a - x}{a - b}} = \sin^{-1}\sqrt{1 - \frac{a - x}{a - b}} = \sin^{-1}\sqrt{\frac{x - b}{a - b}} cos − 1 a − b a − x = sin − 1 1 − a − b a − x = sin − 1 a − b x − b
Given, cos − 1 p + cos − 1 1 − p + cos − 1 1 − q = 3 π 4 \cos^{-1}\sqrt{p} + \cos^{-1}\sqrt{1 - p} + \cos^{-1}\sqrt{1 - q} = \frac{3\pi}{4} cos − 1 p + cos − 1 1 − p + cos − 1 1 − q = 4 3 π .
⇒ cos − 1 p + sin − 1 p + cos − 1 1 − q = 3 π 4 \Rightarrow \cos^{-1}\sqrt{p} + \sin^{-1}\sqrt{p} + \cos^{-1}\sqrt{1 - q} = \frac{3\pi}{4} ⇒ cos − 1 p + sin − 1 p + cos − 1 1 − q = 4 3 π
⇒ π 2 + cos − 1 1 − q = 3 π 4 \Rightarrow \frac{\pi}{2} + \cos^{-1}\sqrt{1 - q} = \frac{3\pi}{4} ⇒ 2 π + cos − 1 1 − q = 4 3 π
⇒ cos − 1 1 − q = π 4 ⇒ 1 − q = 1 2 ⇒ q = 1 2 \Rightarrow \cos^{-1}\sqrt{1 - q} = \frac{\pi}{4}\Rightarrow 1 - q = \frac{1}{2} \Rightarrow q = \frac{1}{2} ⇒ cos − 1 1 − q = 4 π ⇒ 1 − q = 2 1 ⇒ q = 2 1
For cos − 1 p \cos^{-1}\sqrt{p} cos − 1 p to be defined 0 ≤ p ≤ 1 0\leq p\leq 1 0 ≤ p ≤ 1 and then cos − 1 1 − p \cos^{-1}\sqrt{1 - p} cos − 1 1 − p will also be defined.
Given, tan − 1 x + cot − 1 y = tan − 1 3 \tan^{-1}x + \cot^{-1}y = \tan^{-1}3 tan − 1 x + cot − 1 y = tan − 1 3
⇒ tan − 1 x + tan − 1 1 y = tan − 1 3 \Rightarrow \tan^{-1}x + \tan^{-1}\frac{1}{y} = \tan^{-1}3 ⇒ tan − 1 x + tan − 1 y 1 = tan − 1 3
⇒ tan − 1 x + 1 y 1 − x y = tan − 1 3 \Rightarrow \tan^{-1}\frac{x + \frac{1}{y}}{1 - \frac{x}{y}} = \tan^{-1}3 ⇒ tan − 1 1 − y x x + y 1 = tan − 1 3
⇒ x y + 1 y − x = 3 ⇒ y = 3 x + 1 3 − x \Rightarrow \frac{xy + 1}{y - x} = 3 \Rightarrow y = \frac{3x + 1}{3 - x} ⇒ y − x x y + 1 = 3 ⇒ y = 3 − x 3 x + 1
When x x x is positive, numerator is positive. For denominator to be positive x = 1 , 2 x = 1, 2 x = 1 , 2 (considering only integral
values). Corresponding values of y = 2 , 7 y = 2, 7 y = 2 , 7 . We can see that both solutions satisfy the original equation.
Given sin − 1 a x c + sin − 1 b x c = sin − 1 x \sin^{-1}\frac{ax}{c} + \sin^{-1}\frac{bx}{c} = \sin^{-1}x sin − 1 c a x + sin − 1 c b x = sin − 1 x so we can infer − 1 ≤ x ≤ 1 -1\leq x\leq 1 − 1 ≤ x ≤ 1
Also given, a 2 + b 2 = c 2 ⇒ a 2 x 2 c 2 + b 2 x 2 c 2 = x 2 a^2 + b^2 = c^2 \Rightarrow \frac{a^2x^2}{c^2} + \frac{b^2x^2}{c^2} = x^2 a 2 + b 2 = c 2 ⇒ c 2 a 2 x 2 + c 2 b 2 x 2 = x 2
From first equation, a x c 1 − b 2 x 2 c 2 + b x c 1 − a 2 x 2 c 2 = x \frac{ax}{c}\sqrt{1 - \frac{b^2x^2}{c^2}} + \frac{bx}{c}\sqrt{1 - \frac{a^2x^2}{c^2}} = x c a x 1 − c 2 b 2 x 2 + c b x 1 − c 2 a 2 x 2 = x
⇒ x [ a x c 1 − b 2 x 2 c 2 + b x c 1 − a 2 x 2 c 2 − 1 ] = 0 \Rightarrow x\left[\frac{ax}{c}\sqrt{1 - \frac{b^2x^2}{c^2}} + \frac{bx}{c}\sqrt{1 - \frac{a^2x^2}{c^2}} - 1\right] = 0 ⇒ x [ c a x 1 − c 2 b 2 x 2 + c b x 1 − c 2 a 2 x 2 − 1 ] = 0
Either x = 0 x = 0 x = 0 or a c 1 − b 2 x 2 c 2 + b c 1 − a 2 x 2 c 2 = 0 \frac{a}{c}\sqrt{1 - \frac{b^2x^2}{c^2}} + \frac{b}{c}\sqrt{1 - \frac{a^2x^2}{c^2}} = 0 c a 1 − c 2 b 2 x 2 + c b 1 − c 2 a 2 x 2 = 0
⇒ a c 2 − b 2 x 2 + b c 2 − a 2 x 2 = c 2 \Rightarrow a\sqrt{c^2 - b^2x^2} + b\sqrt{c^2 - a^2x^2} = c^2 ⇒ a c 2 − b 2 x 2 + b c 2 − a 2 x 2 = c 2
⇒ a c 2 − b 2 x 2 = c 2 − b c 2 − a 2 x 2 \Rightarrow a\sqrt{c^2 - b^2x^2} = c^2 - b\sqrt{c^2 - a^2x^2} ⇒ a c 2 − b 2 x 2 = c 2 − b c 2 − a 2 x 2
⇒ a 2 c 2 − a 2 b 2 x 2 = c 4 + b 2 c 2 − a 2 b 2 x 2 − 2 b c 2 c 2 − a 2 x 2 \Rightarrow a^2c^2 - a^2b^2x^2 = c^4 + b^2c^2 - a^2b^2x^2 - 2bc^2\sqrt{c^2 - a^2x^2} ⇒ a 2 c 2 − a 2 b 2 x 2 = c 4 + b 2 c 2 − a 2 b 2 x 2 − 2 b c 2 c 2 − a 2 x 2
⇒ a 2 c 2 − b 2 c 2 − c 4 = 2 b c 2 c 2 − a 2 x 2 \Rightarrow a^2c^2 - b^2c^2 - c^4 = 2bc^2\sqrt{c^2 - a^2x^2} ⇒ a 2 c 2 − b 2 c 2 − c 4 = 2 b c 2 c 2 − a 2 x 2
⇒ a 2 − b 2 − c 2 = − 2 b c 2 − a 2 x 2 \Rightarrow a^2 - b^2 - c^2 = -2b\sqrt{c^2 - a^2x^2} ⇒ a 2 − b 2 − c 2 = − 2 b c 2 − a 2 x 2
⇒ − 2 b 2 = − 2 b c 2 − a 2 x 2 [ ∵ a 2 + b 2 = c 2 ] \Rightarrow -2b^2 = -2b\sqrt{c^2 - a^2x^2}[\because a^2 + b^2 = c^2] ⇒ − 2 b 2 = − 2 b c 2 − a 2 x 2 [ ∵ a 2 + b 2 = c 2 ]
⇒ b = c 2 − a 2 x 2 ⇒ a 2 x 2 = c 2 − b 2 = a 2 ⇒ x = ± 1 \Rightarrow b = \sqrt{c^2 - a^2x^2} \Rightarrow a^2x^2 = c^2 - b^2 = a^2 \Rightarrow x = \pm 1 ⇒ b = c 2 − a 2 x 2 ⇒ a 2 x 2 = c 2 − b 2 = a 2 ⇒ x = ± 1
Clearly, x = 0 , ± 1 x = 0, \pm 1 x = 0 , ± 1 satisfy the equation.
Let f ( x ) = sin [ 2 cos − 1 { cot ( 2 tan − 1 x ) } ] f(x) = \sin[2\cos^{-1}\{\cot(2\tan^{-1}x)\}] f ( x ) = sin [ 2 cos − 1 { cot ( 2 tan − 1 x )}]
= sin [ 2 cos − 1 { cot tan − 1 2 x 1 − x 2 } ] = \sin\left[2\cos^{-1}\left\{\cot \tan^{-1}\frac{2x}{1 - x^2}\right\}\right] = sin [ 2 cos − 1 { cot tan − 1 1 − x 2 2 x } ]
= sin [ 2 cos − 1 ( cot cot − 1 1 − x 2 2 x ) ] = \sin\left[2\cos^{-1}\left(\cot\cot^{-1}\frac{1 - x^2}{2x}\right)\right] = sin [ 2 cos − 1 ( cot cot − 1 2 x 1 − x 2 ) ]
= sin [ 2 cos − 1 1 − x 2 2 x ] = \sin\left[2\cos^{-1}\frac{1 - x^2}{2x}\right] = sin [ 2 cos − 1 2 x 1 − x 2 ]
= sin sin − 1 [ 2. 1 − x 2 2 x 1 − ( 1 − x 2 2 x ) 2 ] = \sin\sin^{-1}\left[2.\frac{1 - x^2}{2x}\sqrt{1- \left(\frac{1 - x^2}{2x}\right)^2}\right] = sin sin − 1 [ 2. 2 x 1 − x 2 1 − ( 2 x 1 − x 2 ) 2 ]
= 1 − x 2 x 1 − ( 1 − x 2 2 x ) 2 = \frac{1 - x^2}{x}\sqrt{1 - \left(\frac{1 - x^2}{2x}\right)^2} = x 1 − x 2 1 − ( 2 x 1 − x 2 ) 2
When f ( x ) = 0 , f(x) = 0, f ( x ) = 0 , we have ( 1 − x 2 ) 1 − ( 1 − x 2 2 x ) 2 = 0 (1 - x^2)\sqrt{1 - \left(\frac{1 - x^2}{2x}\right)^2} = 0 ( 1 − x 2 ) 1 − ( 2 x 1 − x 2 ) 2 = 0
⇒ ( 1 − x 2 ) 6 x 2 − 1 − x 4 = 0 \Rightarrow (1 - x^2)\sqrt{6x^2 - 1 - x^4} = 0 ⇒ ( 1 − x 2 ) 6 x 2 − 1 − x 4 = 0
Either 1 − x 2 = 0 1 - x^2 = 0 1 − x 2 = 0 or 6 x 2 − 1 − x 4 = 0 \sqrt{6x^2 - 1 - x^4} = 0 6 x 2 − 1 − x 4 = 0
⇒ x = ± 1 \Rightarrow x = \pm1 ⇒ x = ± 1 or x 4 − 6 x 2 + 1 = 0 x^4 - 6x^2 + 1 = 0 x 4 − 6 x 2 + 1 = 0
x 2 = 6 ± 36 − 4 2 = 3 ± 2 2 = ( 1 ± 2 ) 2 x^2 = \frac{6\pm \sqrt{36 - 4}}{2} = 3 \pm 2\sqrt{2} = (1 \pm \sqrt{2})^2 x 2 = 2 6 ± 36 − 4 = 3 ± 2 2 = ( 1 ± 2 ) 2
x = ± ( 1 ± 2 ) x = \pm(1 \pm \sqrt{2}) x = ± ( 1 ± 2 )
x = ± 1 , ± ( 1 ± 2 ) x = \pm 1, \pm(1 \pm \sqrt{2}) x = ± 1 , ± ( 1 ± 2 )
3 sin 2 θ 5 + 4 cos 2 θ = 3. 2 tan θ 1 + tan 2 θ 5 + 4 1 − tan 2 θ 1 + tan 2 θ \frac{3\sin2\theta}{5 + 4\cos2\theta} = \frac{3.\frac{2\tan\theta}{1 + \tan^2\theta}}{5 + 4\frac{1 - \tan^2\theta}{1 +
\tan^2\theta}} 5 + 4 c o s 2 θ 3 s i n 2 θ = 5 + 4 1 + t a n 2 θ 1 − t a n 2 θ 3. 1 + t a n 2 θ 2 t a n θ
= 6 tan θ 9 + tan 2 θ = 2 tan ϕ 1 + tan 2 ϕ = \frac{6\tan\theta}{9 + \tan^2\theta} = \frac{2\tan\phi}{1 + \tan^2\phi} = 9 + t a n 2 θ 6 t a n θ = 1 + t a n 2 ϕ 2 t a n ϕ where 1 3 tan θ = tan ϕ \frac{1}{3}\tan\theta =
\tan\phi 3 1 tan θ = tan ϕ
= sin 2 ϕ = \sin2\phi = sin 2 ϕ
Given equation is θ = tan − 1 ( 2 tan 2 θ ) − 1 2 sin − 1 ( 3 sin 2 θ 5 + 4 cos 2 θ ) \theta = \tan^{-1}(2\tan^2\theta) - \frac{1}{2}\sin^{-1}\left(\frac{3\sin2\theta}{5 +
4\cos2\theta}\right) θ = tan − 1 ( 2 tan 2 θ ) − 2 1 sin − 1 ( 5 + 4 c o s 2 θ 3 s i n 2 θ )
⇒ tan − 1 ( 2 tan 2 θ ) − 1 2 sin − 1 sin 2 ϕ = θ \Rightarrow \tan^{-1}(2\tan^2\theta) - \frac{1}{2}\sin^{-1}\sin2\phi = \theta ⇒ tan − 1 ( 2 tan 2 θ ) − 2 1 sin − 1 sin 2 ϕ = θ
⇒ tan − 1 ( 2 tan 2 θ ) − tan − 1 1 3 tan θ = θ \Rightarrow \tan^{-1}(2\tan^2\theta) - \tan^{-1}\frac{1}{3}\tan\theta = \theta ⇒ tan − 1 ( 2 tan 2 θ ) − tan − 1 3 1 tan θ = θ
⇒ tan − 1 [ 2 tan 2 θ − 1 3 tan θ 1 + 2 tan 2 θ . 1 3 tan θ ] = θ \Rightarrow \tan^{-1}\left[\frac{2\tan^2\theta - \frac{1}{3}\tan\theta}{1 +
2\tan^2\theta.\frac{1}{3}\tan\theta}\right] = \theta ⇒ tan − 1 [ 1 + 2 t a n 2 θ . 3 1 t a n θ 2 t a n 2 θ − 3 1 t a n θ ] = θ
⇒ tan θ ( 2 tan θ − 1 3 ) 1 + 2 3 tan 3 θ = tan θ \Rightarrow \frac{\tan\theta\left(2\tan\theta - \frac{1}{3}\right)}{1 + \frac{2}{3}\tan^3\theta} = \tan\theta ⇒ 1 + 3 2 t a n 3 θ t a n θ ( 2 t a n θ − 3 1 ) = tan θ
⇒ tan θ [ 6 tan θ − 1 3 + 2 tan 2 θ − 1 ] = 0 \Rightarrow \tan\theta\left[\frac{6\tan\theta - 1}{3 + 2\tan^2\theta} - 1\right] = 0 ⇒ tan θ [ 3 + 2 t a n 2 θ 6 t a n θ − 1 − 1 ] = 0
If tan θ = 0 ⇒ θ = n π \tan\theta = 0 \Rightarrow \theta = n\pi tan θ = 0 ⇒ θ = nπ
If 6 tan θ − 1 3 + 2 tan 3 θ − 1 = 0 \frac{6\tan\theta - 1}{3 + 2\tan^3\theta} - 1 = 0 3 + 2 t a n 3 θ 6 t a n θ − 1 − 1 = 0
⇒ tan 3 θ − 3 tan θ + 2 = 0 ⇒ ( tan θ − 1 ) 2 ( tan θ + 2 ) = 0 \Rightarrow \tan^3\theta - 3\tan\theta + 2 = 0 \Rightarrow (\tan\theta - 1)^2(\tan\theta + 2) = 0 ⇒ tan 3 θ − 3 tan θ + 2 = 0 ⇒ ( tan θ − 1 ) 2 ( tan θ + 2 ) = 0
Either tan θ = 1 ⇒ θ = n π + π 4 \tan\theta = 1 \Rightarrow \theta = n\pi + \frac{\pi}{4} tan θ = 1 ⇒ θ = nπ + 4 π
or tan θ = − 2 ⇒ θ = n π + tan − 1 ( − 2 ) \tan\theta = -2 \Rightarrow \theta = n\pi + \tan^{-1}(-2) tan θ = − 2 ⇒ θ = nπ + tan − 1 ( − 2 )
tan − 1 2 x + tan − 1 3 x = π 4 \tan^{-1}2x + \tan^{-1}3x = \frac{\pi}{4} tan − 1 2 x + tan − 1 3 x = 4 π
⇒ tan − 1 3 x = π 4 − tan − 1 2 x \Rightarrow \tan^{-1}3x = \frac{\pi}{4} - \tan^{-1}2x ⇒ tan − 1 3 x = 4 π − tan − 1 2 x
⇒ 3 x = tan ( π 4 − tan − 1 2 x ) \Rightarrow 3x = \tan\left(\frac{\pi}{4} - \tan^{-1}2x\right) ⇒ 3 x = tan ( 4 π − tan − 1 2 x )
3 x = 1 − tan ( tan − 1 2 x ) 1 + tan ( tan − 1 2 x ) = 1 − 2 x 1 + 2 x 3x = \frac{1 - \tan(\tan^{-1}2x)}{1 + \tan(\tan^{-1}2x)} = \frac{1 - 2x}{1 + 2x} 3 x = 1 + t a n ( t a n − 1 2 x ) 1 − t a n ( t a n − 1 2 x ) = 1 + 2 x 1 − 2 x
⇒ 6 x 2 + 3 x = 1 − 2 x ⇒ 6 x 2 + 5 x − 1 = 0 \Rightarrow 6x^2 + 3x = 1 - 2x \Rightarrow 6x^2 + 5x - 1 = 0 ⇒ 6 x 2 + 3 x = 1 − 2 x ⇒ 6 x 2 + 5 x − 1 = 0
⇒ ( x + 1 ) ( 6 x − 1 ) = 0 \Rightarrow (x + 1)(6x - 1) = 0 ⇒ ( x + 1 ) ( 6 x − 1 ) = 0
⇒ x = − 1 , 1 6 \Rightarrow x = -1, \frac{1}{6} ⇒ x = − 1 , 6 1
When x = − 1 x = -1 x = − 1 L.H.S. is negative angle but R.H.S. is positive so it is not a solution. However, for x = 1 6 x =
\frac{1}{6} x = 6 1 satisfies both sides are positive and balanced.
Given, sin − 1 ( x 1 + x 2 ) + cos − 1 ( x 2 1 + x 2 2 ) = π 2 \sin^{-1}\left(\frac{x}{1 + \frac{x}{2}}\right) + \cos^{-1}\left(\frac{x^2}{1 + \frac{x^2}{2}}\right) =
\frac{\pi}{2} sin − 1 ( 1 + 2 x x ) + cos − 1 ( 1 + 2 x 2 x 2 ) = 2 π
⇒ sin − 1 ( 2 x x + 2 ) = π 2 − cos − 1 ( 2 x 2 2 + x 2 ) = sin − 1 ( 2 x 2 2 + x 2 ) \Rightarrow \sin^{-1}\left(\frac{2x}{x + 2}\right) = \frac{\pi}{2} - \cos^{-1}\left(\frac{2x^2}{2 + x^2}\right) =
\sin^{-1}\left(\frac{2x^2}{2 + x^2}\right) ⇒ sin − 1 ( x + 2 2 x ) = 2 π − cos − 1 ( 2 + x 2 2 x 2 ) = sin − 1 ( 2 + x 2 2 x 2 )
⇒ 2 x 2 + x = 2 x 2 2 + x 2 \Rightarrow \frac{2x}{2 + x} = \frac{2x^2}{2 + x^2} ⇒ 2 + x 2 x = 2 + x 2 2 x 2
⇒ 2 x [ 1 2 + x − x 2 + x 2 ] = 0 \Rightarrow 2x\left[\frac{1}{2 + x} - \frac{x}{2 + x^2}\right] = 0 ⇒ 2 x [ 2 + x 1 − 2 + x 2 x ] = 0
⇒ x = 0 \Rightarrow x = 0 ⇒ x = 0 or 2 + x 2 = 2 x + x 2 ⇒ x = 1 2 + x^2 = 2x + x^2 \Rightarrow x = 1 2 + x 2 = 2 x + x 2 ⇒ x = 1
But 0 < ∣ x ∣ < 2 ⇒ x = 1 0 < |x| < \sqrt{2} \Rightarrow x = 1 0 < ∣ x ∣ < 2 ⇒ x = 1
Given, tan − 1 x ( x + 1 ) + sin − 1 x 2 + x + 1 = π 2 \tan^{-1}\sqrt{x(x + 1)} + \sin^{-1}\sqrt{x^2 + x + 1} = \frac{\pi}{2} tan − 1 x ( x + 1 ) + sin − 1 x 2 + x + 1 = 2 π
⇒ tan − 1 x ( x + 1 ) + tan − 1 x 2 + x + 1 x ( x + 1 ) = π 2 \Rightarrow \tan^{-1}\sqrt{x(x + 1)} + \tan^{-1}\frac{\sqrt{x^2 + x + 1}}{\sqrt{x(x + 1)}} = \frac{\pi}{2} ⇒ tan − 1 x ( x + 1 ) + tan − 1 x ( x + 1 ) x 2 + x + 1 = 2 π
tan − 1 [ x ( x + 1 ) + x 2 + x + 1 x ( x + 1 ) 1 − x ( x + 1 ) . x 2 + x + 1 x ( x + 1 ) ] = π 2 \tan^{-1}\left[\frac{\sqrt{x(x + 1)} + \frac{\sqrt{x^2 + x + 1}}{\sqrt{x(x + 1)}}}{1 - \sqrt{x(x + 1)}.\frac{\sqrt{x^2 +
x + 1}}{\sqrt{x(x + 1)}}}\right] = \frac{\pi}{2} tan − 1 [ 1 − x ( x + 1 ) . x ( x + 1 ) x 2 + x + 1 x ( x + 1 ) + x ( x + 1 ) x 2 + x + 1 ] = 2 π
⇒ 1 − x 2 + x + 1 = 0 \Rightarrow 1 - \sqrt{x^2 + x + 1} = 0 ⇒ 1 − x 2 + x + 1 = 0
⇒ x = 0 , − 1 \Rightarrow x = 0, -1 ⇒ x = 0 , − 1
Clearly both these values of x x x satisfy the equation.
This problem is similar to 115 so x = − 1 , 0 , 1 x = -1, 0, 1 x = − 1 , 0 , 1 .
We have to solve sin − 1 ( 1 − x ) − 2 sin − 1 x = π 2 \sin^{-1}(1 - x) - 2\sin^{-1}x = \frac{\pi}{2} sin − 1 ( 1 − x ) − 2 sin − 1 x = 2 π
Let x = sin y x = \sin y x = sin y
⇒ sin − 1 ( 1 − sin y ) − 2 y = π 2 \Rightarrow \sin^{-1}(1 - \sin y) - 2y = \frac{\pi}{2} ⇒ sin − 1 ( 1 − sin y ) − 2 y = 2 π
⇒ sin − 1 ( 1 − sin y ) = π 2 + 2 y \Rightarrow \sin^{-1}(1 - \sin y) =\frac{\pi}{2} + 2y ⇒ sin − 1 ( 1 − sin y ) = 2 π + 2 y
⇒ 1 − sin y = sin ( π 2 + 2 y ) = cos 2 y = 1 − 2 sin 2 y \Rightarrow 1 - \sin y = \sin\left(\frac{\pi}{2} + 2y\right) = \cos2y = 1 - 2\sin^2y ⇒ 1 − sin y = sin ( 2 π + 2 y ) = cos 2 y = 1 − 2 sin 2 y
⇒ 2 sin 2 y − sin y = 0 \Rightarrow 2\sin^2y - \sin y = 0 ⇒ 2 sin 2 y − sin y = 0
⇒ 2 x 2 − x = 0 \Rightarrow 2x^2 - x = 0 ⇒ 2 x 2 − x = 0
x = 0 , 1 2 x = 0, \frac{1}{2} x = 0 , 2 1
But x = 1 2 x = \frac{1}{2} x = 2 1 does not satisfy the equation but x = 0 x = 0 x = 0 does so it is the required solution.
Given equation is tan − 1 x + tan − 1 y = tan − 1 k \tan^{-1}x + \tan^{-1}y = \tan^{-1}k tan − 1 x + tan − 1 y = tan − 1 k
⇒ tan − 1 x + y 1 − x y = tan − 1 k \Rightarrow \tan^{-1}\frac{x + y}{1 - xy} = \tan^{-1}k ⇒ tan − 1 1 − x y x + y = tan − 1 k
⇒ x + y 1 − x y = k \Rightarrow \frac{x + y}{1 - xy} = k ⇒ 1 − x y x + y = k
For k > 0 , 1 − x y > 0 ⇒ x y < 1 k > 0, 1 - xy > 0 \Rightarrow xy < 1 k > 0 , 1 − x y > 0 ⇒ x y < 1 which implies both x x x and y y y cannot be positive integers.
We have to solve tan − 1 x + 1 x − 1 + tan − 1 x − 1 x = tan − 1 ( − 7 ) \tan^{-1}\frac{x + 1}{x - 1} + \tan^{-1}\frac{x - 1}{x} = \tan^{-1}(-7) tan − 1 x − 1 x + 1 + tan − 1 x x − 1 = tan − 1 ( − 7 )
⇒ x + 1 x − 1 + x − 1 x 1 − x + 1 x − 1 . x − 1 x = − 7 \Rightarrow \frac{\frac{x + 1}{x - 1} + \frac{x - 1}{x}}{1 - \frac{x + 1}{x - 1}.\frac{x - 1}{x}} = -7 ⇒ 1 − x − 1 x + 1 . x x − 1 x − 1 x + 1 + x x − 1 = − 7
⇒ x 2 + x + x 2 − 2 x + 1 x 2 − x − x 2 + 1 = − 7 \Rightarrow \frac{x^2 + x + x^2 - 2x + 1}{x^2 - x - x^2 + 1} = -7 ⇒ x 2 − x − x 2 + 1 x 2 + x + x 2 − 2 x + 1 = − 7
⇒ 2 x 2 − x + 1 = 7 x − 7 \Rightarrow 2x^2 - x + 1 = 7x - 7 ⇒ 2 x 2 − x + 1 = 7 x − 7
⇒ 2 x 2 − 8 x + 8 = 0 ⇒ x 2 − 4 x + 4 = 0 ⇒ x = 2 \Rightarrow 2x^2 - 8x + 8 = 0 \Rightarrow x^2 - 4x + 4 = 0 \Rightarrow x = 2 ⇒ 2 x 2 − 8 x + 8 = 0 ⇒ x 2 − 4 x + 4 = 0 ⇒ x = 2
We have to solve tan − 1 1 a − 1 = tan − 1 1 x + tan − 1 1 a 2 − x + 1 \tan^{-1}\frac{1}{a - 1} = \tan^{-1}\frac{1}{x} + \tan^{-1}\frac{1}{a^2 - x + 1} tan − 1 a − 1 1 = tan − 1 x 1 + tan − 1 a 2 − x + 1 1
⇒ 1 a − 1 = a 2 + 1 a 2 x − x 2 + x − 1 \Rightarrow \frac{1}{a - 1} = \frac{a^2 + 1}{a^2x - x^2 + x - 1} ⇒ a − 1 1 = a 2 x − x 2 + x − 1 a 2 + 1
⇒ ( a − x ) ( a 2 − a − x + 1 ) = 0 \Rightarrow (a - x)(a^2 - a - x + 1) = 0 ⇒ ( a − x ) ( a 2 − a − x + 1 ) = 0
x = a , a 2 − a + 1 x = a, a^2 - a + 1 x = a , a 2 − a + 1
We have to solve cos − 1 x 2 − 1 x 2 + 1 + tan − 1 2 x x 2 − 1 = 2 π 3 \cos^{-1}\frac{x^2 - 1}{x^2 + 1} + \tan^{-1}\frac{2x}{x^2 - 1} = \frac{2\pi}{3} cos − 1 x 2 + 1 x 2 − 1 + tan − 1 x 2 − 1 2 x = 3 2 π
Case I: When x > 1 x > 1 x > 1 given equation becomes π − 2 tan − 1 x + π − 2 tan − 1 x = 2 π 3 \pi - 2\tan^{-1}x + \pi - 2\tan^{-1}x= \frac{2\pi}{3} π − 2 tan − 1 x + π − 2 tan − 1 x = 3 2 π
⇒ tan − 1 x = π 3 ⇒ x = 3 \Rightarrow \tan^{-1}x = \frac{\pi}{3} \Rightarrow x = \sqrt{3} ⇒ tan − 1 x = 3 π ⇒ x = 3
Case II: When x < 1 x < 1 x < 1 given equation becomes π − 2 tan − 1 x − 2 tan − 1 x = 2 π 3 \pi - 2\tan^{-1}x - 2\tan^{-1}x = \frac{2\pi}{3} π − 2 tan − 1 x − 2 tan − 1 x = 3 2 π
⇒ x = tan π 12 = 3 − 1 3 + 1 = 2 − 3 \Rightarrow x = \tan\frac{\pi}{12} = \frac{\sqrt{3} - 1}{\sqrt{3} + 1} = 2 - \sqrt{3} ⇒ x = tan 12 π = 3 + 1 3 − 1 = 2 − 3
Given θ = tan − 1 x 3 2 k − x \theta = \tan^{-1}\frac{x\sqrt{3}}{2k - x} θ = tan − 1 2 k − x x 3 and ϕ = tan − 1 2 x − k k 3 \phi = \tan^{-1}\frac{2x - k}{k\sqrt{3}} ϕ = tan − 1 k 3 2 x − k .
θ − ϕ = tan − 1 x 3 2 k − x − 2 x − k k 3 1 + x k . 2 x − k 2 k − x \theta - \phi = \tan^{-1}\frac{\frac{x\sqrt{3}}{2k - x} - \frac{2x - k}{k\sqrt{3}}}{1 + \frac{x}{k}.\frac{2x - k}{2k -
x}} θ − ϕ = tan − 1 1 + k x . 2 k − x 2 x − k 2 k − x x 3 − k 3 2 x − k
= tan − 1 1 3 . 2 k 2 + 2 x 2 − 2 k x 2 k 2 + 2 x 2 − 2 k x = \tan^{-1}\frac{1}{\sqrt{3}}.\frac{2k^2 + 2x^2 - 2kx}{2k^2 + 2x^2 - 2kx} = tan − 1 3 1 . 2 k 2 + 2 x 2 − 2 k x 2 k 2 + 2 x 2 − 2 k x
If 2 x 2 + 2 k 2 − 2 k x ≠ 0 2x^2 + 2k^2 - 2kx\neq 0 2 x 2 + 2 k 2 − 2 k x = 0 then θ − ϕ = tan − 1 1 3 = π 6 \theta - \phi = \tan^{-1}\frac{1}{\sqrt{3}} = \frac{\pi}{6} θ − ϕ = tan − 1 3 1 = 6 π
Given tan − 1 x + cos − 1 y 1 + y 2 = sin − 1 3 10 \tan^{-1}x + \cos^{-1}\frac{y}{\sqrt{1 + y^2}} = \sin^{-1}\frac{3}{\sqrt{10}} tan − 1 x + cos − 1 1 + y 2 y = sin − 1 10 3
⇒ tan − 1 1 y = tan − 1 3 − tan − 1 x \Rightarrow \tan^{-1}\frac{1}{y} = \tan^{-1}3 - \tan^{-1}x ⇒ tan − 1 y 1 = tan − 1 3 − tan − 1 x
⇒ 1 y = 3 − x 1 + 3 x \Rightarrow \frac{1}{y} = \frac{3 - x}{1 + 3x} ⇒ y 1 = 1 + 3 x 3 − x
y = 1 + 3 x 3 − x y = \frac{1 + 3x}{3 - x} y = 3 − x 1 + 3 x
Clearly, for x ≥ 3 x \geq 3 x ≥ 3 there can be no solution as y y y becomes infinity and negative for those values.
When x = 1 , y = 2 x = 1, y = 2 x = 1 , y = 2 and when x = 2 , y = 7 x = 2, y = 7 x = 2 , y = 7 .
Given equation is an identity except for range. For sin − 1 s 1 − x 2 \sin^{-1}s\sqrt{1 - x^2} sin − 1 s 1 − x 2 range is [ − π 2 , π 2 ] \left[-\frac{\pi}{2},
\frac{\pi}{2}\right] [ − 2 π , 2 π ]
For 2 cos − 1 x 2\cos^{-1}x 2 cos − 1 x range is [ 0 , 2 π ] [0, 2\pi] [ 0 , 2 π ] so common range is [ 0 , π 2 ] \left[0, \frac{\pi}{2}\right] [ 0 , 2 π ]
⇒ 0 ≤ 2 cos − 1 x ≤ π 2 \Rightarrow 0 \leq 2\cos^{-1}x \leq \frac{\pi}{2} ⇒ 0 ≤ 2 cos − 1 x ≤ 2 π
⇒ 1 2 ≤ x ≤ 1 \Rightarrow \frac{1}{\sqrt{2}}\leq x \leq 1 ⇒ 2 1 ≤ x ≤ 1 , since cos \cos cos is a decreasing function, so inequality is reversed.
We have to solve sin − 1 x 1 + x 2 − sin − 1 1 1 + x 2 = sin − 1 1 + x 1 + x 2 \sin^{-1}\frac{x}{\sqrt{1 + x^2}} - \sin^{-1}\frac{1}{\sqrt{1 + x^2}} = \sin^{-1}\frac{1 + x}{1 +
x^2} sin − 1 1 + x 2 x − sin − 1 1 + x 2 1 = sin − 1 1 + x 2 1 + x
⇒ sin − 1 x 2 − 1 1 + x 2 = sin − 1 1 + x 1 + x 2 \Rightarrow \sin^{-1}\frac{x^2 - 1}{1 + x^2} = \sin^{-1}\frac{1 + x}{1 + x^2} ⇒ sin − 1 1 + x 2 x 2 − 1 = sin − 1 1 + x 2 1 + x
⇒ x 2 − x − 2 = 0 ⇒ x = − 1 , 2 \Rightarrow x^2 - x - 2 = 0 \Rightarrow x = -1, 2 ⇒ x 2 − x − 2 = 0 ⇒ x = − 1 , 2
However, the equation is not satisfied for x = − 1 x = -1 x = − 1 hence x = 2 x = 2 x = 2 is the required solution.
Given equation is y = 2 tan − 1 [ a − b a + b tan x 2 ] − cos − 1 [ b + a cos x a + b cos x ] y = 2\tan^{-1}\left[\sqrt{\frac{a - b}{a + b}}\tan\frac{x}{2}\right] - \cos^{-1}\left[\frac{b +
a\cos x}{a + b\cos x}\right] y = 2 tan − 1 [ a + b a − b tan 2 x ] − cos − 1 [ a + b c o s x b + a c o s x ]
R.H.S. = tan − 1 2 a − b a + b tan x 2 1 − a − b a + b tan 2 x 2 − tan − 1 a 2 − b 2 sin x b + a cos x = \tan^{-1}\frac{2\sqrt{\frac{a - b}{a + b}}\tan\frac{x}{2}}{1 - \frac{a - b}{a + b}\tan^2\frac{x}{2}} -
\tan^{-1}\frac{\sqrt{a^2 - b^2}\sin x}{b + a\cos x} = tan − 1 1 − a + b a − b t a n 2 2 x 2 a + b a − b t a n 2 x − tan − 1 b + a c o s x a 2 − b 2 s i n x
= tan − 1 2 a 2 − b 2 tan x 2 ( a + b ) − ( a − b ) tan 2 x 2 − tan − 1 2 a 2 − b 2 tan x 2 ( a + b ) − ( a − b ) tan 2 x 2 = \tan^{-1}\frac{2\sqrt{a^2 - b^2}\tan\frac{x}{2}}{(a + b) - (a - b)\tan^2\frac{x}{2}} - \tan^{-1}\frac{2\sqrt{a^2 -
b^2}\tan\frac{x}{2}}{(a + b) - (a - b)\tan^2\frac{x}{2}} = tan − 1 ( a + b ) − ( a − b ) t a n 2 2 x 2 a 2 − b 2 t a n 2 x − tan − 1 ( a + b ) − ( a − b ) t a n 2 2 x 2 a 2 − b 2 t a n 2 x
= 0 = 0 = 0 which is a constant provided a ≥ b > 0 a \geq b > 0 a ≥ b > 0
t a n − 1 2 i 2 + i 2 + i 4 = t a n − 1 ( i 2 + i + 1 ) − tan − 1 ( i 2 − i + 1 ) tan^{-1}\frac{2i}{2 + i^2 + i^4} = \\tan^{-1}(i^2 + i + 1) - \tan^{-1}(i^2 - i + 1) t a n − 1 2 + i 2 + i 4 2 i = t a n − 1 ( i 2 + i + 1 ) − tan − 1 ( i 2 − i + 1 )
Subtituting i = 1 , i = 1, i = 1 , R.H.S. = tan^{-1}3 - tan^{-1}1
Subtituting i = 2 , i = 2, i = 2 , R.H.S. = tan^{-1}7 - tan^{-1}3
Subtituting i = 3 , i = 3, i = 3 , R.H.S. = tan^{-1}13 - tan^{-1}7
… \ldots …
Subtituting i = n − 1 , i = n - 1, i = n − 1 , R.H.S. = tan^{-1}(n^2 - n + 1) - tan^{-1}(n^2 - 3n + 3)
Subtituting i = n , i = n, i = n , R.H.S. = tan^{-1}(n^2 + n + 1) - tan^{-1}(n^2 - n + 1)
Adding, we get ∑ i = 1 n tan − 1 2 i 2 + i 2 + i 4 = tan − 1 ( n 2 + n + 1 ) − tan − 1 1 \sum_{i=1}^{n}\tan^{-1}\frac{2i}{2 + i^2 + i^4} = \tan^{-1}(n^2 + n + 1) - \tan^{-1}1 ∑ i = 1 n tan − 1 2 + i 2 + i 4 2 i = tan − 1 ( n 2 + n + 1 ) − tan − 1 1
= tan − 1 n 2 + n n 2 + n + 2 = \tan^{-1}\frac{n^2 + n}{n^2 + n + 2} = tan − 1 n 2 + n + 2 n 2 + n
t n = cot − 1 ( n 2 + 3 4 ) = cot − 1 ( 4 n 2 + 3 4 ) t_n = \cot^{-1}\left(n^2 + \frac{3}{4}\right) = \cot^{-1}\left(\frac{4n^2 + 3}{4}\right) t n = cot − 1 ( n 2 + 4 3 ) = cot − 1 ( 4 4 n 2 + 3 )
= tan − 1 1 1 + n 4 − 1 4 = ( n + 1 2 ) − ( n − 1 2 ) 1 + ( n + 1 2 ) ( n − 1 2 ) = \tan^{-1}\frac{1}{1 + n^4 - \frac{1}{4}} = \frac{\left(n + \frac{1}{2}\right) - \left(n - \frac{1}{2}\right)}{1 +
\left(n + \frac{1}{2}\right)\left(n - \frac{1}{2}\right)} = tan − 1 1 + n 4 − 4 1 1 = 1 + ( n + 2 1 ) ( n − 2 1 ) ( n + 2 1 ) − ( n − 2 1 )
= tan − 1 ( n + 1 2 ) − tan − 1 ( n − 1 2 ) = \tan^{-1}\left(n + \frac{1}{2}\right) - \tan^{-1}\left(n - \frac{1}{2}\right) = tan − 1 ( n + 2 1 ) − tan − 1 ( n − 2 1 )
Putting n = 1 , t 1 = tan − 1 3 2 − tan − 1 1 2 n = 1, t_1 = \tan^{-1}\frac{3}{2} - \tan^{-1}\frac{1}{2} n = 1 , t 1 = tan − 1 2 3 − tan − 1 2 1
Putting n = 2 , t 2 = tan − 1 5 2 − tan − 1 3 2 n = 2, t_2 = \tan^{-1}\frac{5}{2} - \tan^{-1}\frac{3}{2} n = 2 , t 2 = tan − 1 2 5 − tan − 1 2 3
… \ldots …
Putting n = ∞ , t ∞ = tan − 1 ( ∞ + 1 2 ) − tan − 1 ( ∞ − 1 2 ) n = \infty, t_\infty = \tan^{-1}\left(\infty + \frac{1}{2}\right) - \tan^{-1}\left(\infty - \frac{1}{2}\right) n = ∞ , t ∞ = tan − 1 ( ∞ + 2 1 ) − tan − 1 ( ∞ − 2 1 )
Adding, we get S = tan − 1 ( ∞ + 1 2 ) − tan − 1 1 2 S = \tan^{-1}\left(\infty + \frac{1}{2}\right) - \tan^{-1}\frac{1}{2} S = tan − 1 ( ∞ + 2 1 ) − tan − 1 2 1
= π 2 − tan − 1 1 2 = cot − 1 1 2 = tan − 1 2 = \frac{\pi}{2} - \tan^{-1}\frac{1}{2} = \cot^{-1}\frac{1}{2} = \tan^{-1}2 = 2 π − tan − 1 2 1 = cot − 1 2 1 = tan − 1 2
We know that tan − 1 x + cot − 1 x = π 2 \tan^{-1}x + \cot^{-1}x = \frac{\pi}{2} tan − 1 x + cot − 1 x = 2 π
So given equation can be written as ( tan − 1 x + cot − 1 x ) − 2 tan − 1 x ( π 2 − tan − 1 x ) = 5 π 2 8 (\tan^{-1}x + \cot^{-1}x) - 2\tan^{-1}x\left(\frac{\pi}{2} - \tan^{-1}x\right) =
\frac{5\pi^2}{8} ( tan − 1 x + cot − 1 x ) − 2 tan − 1 x ( 2 π − tan − 1 x ) = 8 5 π 2
⇒ 2 ( tan − 1 x ) − π tan − 1 x − 3 π 2 8 = 0 \Rightarrow 2(\tan^{-1}x) - \pi\tan^{-1}x - \frac{3\pi^2}{8} = 0 ⇒ 2 ( tan − 1 x ) − π tan − 1 x − 8 3 π 2 = 0
⇒ tan − 1 x = − π 4 , 3 π 4 ⇒ x = − 1 \Rightarrow \tan^{-1}x = -\frac{\pi}{4}, \frac{3\pi}{4} \Rightarrow x = -1 ⇒ tan − 1 x = − 4 π , 4 3 π ⇒ x = − 1
( sin − 1 x + cos − 1 x ) 3 = ( sin − 1 x + cos − 1 x ) [ ( sin − 1 x + cos − 1 x ) 2 − 3 sin − 1 x cos − 1 x ] (\sin^{-1}x + \cos^{-1}x)^3 = (\sin^{-1}x + \cos^{-1}x)[(\sin^{-1}x + \cos^{-1}x)^2 - 3\sin^{-1}x\cos^{-1}x] ( sin − 1 x + cos − 1 x ) 3 = ( sin − 1 x + cos − 1 x ) [( sin − 1 x + cos − 1 x ) 2 − 3 sin − 1 x cos − 1 x ]
= π 2 [ π 2 4 − 3 sin − 1 x ( π 2 − sin − 1 x ) ] = \frac{\pi}{2}\left[\frac{\pi^2}{4} - 3\sin^{-1}x\left(\frac{\pi}{2} - \sin^{-1}x\right)\right] = 2 π [ 4 π 2 − 3 sin − 1 x ( 2 π − sin − 1 x ) ]
= 3 π 2 [ ( sin − 1 x − π 4 ) 2 + π 2 48 ] = \frac{3\pi}{2}\left[\left(\sin^{-1}x - \frac{\pi}{4}\right)^2 + \frac{\pi^2}{48}\right] = 2 3 π [ ( sin − 1 x − 4 π ) 2 + 48 π 2 ]
Least value of sin − 1 − π 4 = 0 \sin^{-1} - \frac{\pi}{4} = 0 sin − 1 − 4 π = 0 and greatest value is 3 π 4 \frac{3\pi}{4} 4 3 π
Hence greatest and least values of the required expression are 7 π 3 8 \frac{7\pi^3}{8} 8 7 π 3 and π 2 32 \frac{\pi^2}{32} 32 π 2 .
Let cos − 1 x = a ∈ [ 0 , π ] \cos^{-1}x = a \in [0, \pi] cos − 1 x = a ∈ [ 0 , π ] and sin − 1 y = b ∈ [ − π 2 , π 2 ] \sin^{-1}y = b \in\left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right] sin − 1 y = b ∈ [ − 2 π , 2 π ]
We have a + b 2 = p π 2 4 a + b^2 = \frac{p\pi^2}{4} a + b 2 = 4 p π 2 and a b 2 = π 4 16 ab^2 = \frac{\pi^4}{16} a b 2 = 16 π 4
Since b 2 ∈ [ 0 , π 2 / 4 ] b^2\in [0, \pi^2/4] b 2 ∈ [ 0 , π 2 /4 ] , we get a + b 2 ∈ [ 0 , π + π 2 / 4 ] a + b^2 \in [0, \pi + \pi^2/4] a + b 2 ∈ [ 0 , π + π 2 /4 ]
⇒ 0 ≤ p π 2 4 ≤ π + π 2 4 \Rightarrow 0 \leq \frac{p\pi^2}{4}\leq \pi + \frac{\pi^2}{4} ⇒ 0 ≤ 4 p π 2 ≤ π + 4 π 2
⇒ 0 ≤ p ≤ 4 π + 1 \Rightarrow 0\leq p\leq \frac{4}{\pi} + 1 ⇒ 0 ≤ p ≤ π 4 + 1
So p = 0 , 1 , 2 p = 0, 1, 2 p = 0 , 1 , 2
⇒ a ( p π 2 4 − a ) = π 2 16 \Rightarrow a\left(\frac{p\pi^2}{4} - a\right) = \frac{\pi^2}{16} ⇒ a ( 4 p π 2 − a ) = 16 π 2
Since a ∈ R ⇒ D ≥ 0 a\in R \Rightarrow D\geq 0 a ∈ R ⇒ D ≥ 0
p 2 ≥ 4 ⇒ p = 2 p^2 \geq 4\Rightarrow p = 2 p 2 ≥ 4 ⇒ p = 2
Given tan − 1 x , tan − 1 y , tan − 1 z \tan^{-1}x, \tan^{-1}y, \tan^{-1}z tan − 1 x , tan − 1 y , tan − 1 z are in A.P.
⇒ 2 tan − 1 y = tan − 1 x + tan − 1 z \Rightarrow 2\tan^{-1}y = \tan^{-1}x + \tan^{-1}z ⇒ 2 tan − 1 y = tan − 1 x + tan − 1 z
⇒ 2 y 1 − y 2 = x + z 1 − x z \Rightarrow \frac{2y}{1 - y^2} = \frac{x + z}{1 - xz} ⇒ 1 − y 2 2 y = 1 − x z x + z
If x , y , z x, y, z x , y , z are in A.P. 2 y = x + z 2y = x + z 2 y = x + z
⇒ 1 − ( x + z ) 2 4 = 1 − x z \Rightarrow 1 - \frac{(x + z)^2}{4} = 1 - xz ⇒ 1 − 4 ( x + z ) 2 = 1 − x z
⇒ ( x − z ) 2 = 0 ⇒ x = y = z \Rightarrow (x - z)^2 = 0 \Rightarrow x = y = z ⇒ ( x − z ) 2 = 0 ⇒ x = y = z
t n = tan − 1 x 1 + n ( n + 1 ) x 2 = tan − 1 ( n + 1 ) x − tan − 1 n x t_n = \tan^{-1}\frac{x}{1 + n(n + 1)x^2} = \tan^{-1}(n + 1)x - \tan^{-1}nx t n = tan − 1 1 + n ( n + 1 ) x 2 x = tan − 1 ( n + 1 ) x − tan − 1 n x
t 1 = tan − 1 2 x − tan − 1 x t_1 = \tan^{-1}2x - \tan^{-1}x t 1 = tan − 1 2 x − tan − 1 x
t 2 = tan − 1 3 x − tan − 1 2 x t_2 = \tan^{-1}3x - \tan^{-1}2x t 2 = tan − 1 3 x − tan − 1 2 x
… \ldots …
t n = tan − 1 ( n + 1 ) x − tan − 1 n x t_n = \tan^{-1}(n + 1)x - \tan^{-1}nx t n = tan − 1 ( n + 1 ) x − tan − 1 n x
Adding, we get S = tan − 1 ( n + 1 ) x − tan − 1 x = tan − 1 n x 1 + ( n + 1 ) x 2 = S = \tan^{-1}(n + 1)x - \tan^{-1}x = \tan^{-1}\frac{nx}{1 + (n + 1)x^2} = S = tan − 1 ( n + 1 ) x − tan − 1 x = tan − 1 1 + ( n + 1 ) x 2 n x = R.H.S.