25. Inverse Circular Functions
Definition: Inverse functions related to trigonometrical ratios are called inverse trigonometric functions. The definition of
different inverse trigonometric functions is given below:
If sin θ = x , \sin\theta = x, sin θ = x , then θ = sin − 1 x , \theta = \sin^{-1}x, θ = sin − 1 x , provided − 1 ≤ x ≤ 1 -1\leq x\leq 1 − 1 ≤ x ≤ 1 and − π 2 ≤ θ ≤ π 2 -\frac{\pi}{2}\leq \theta
\leq \frac{\pi}{2} − 2 π ≤ θ ≤ 2 π
If cos θ = x , \cos\theta = x, cos θ = x , then θ = cos − 1 x , \theta = \cos^{-1}x, θ = cos − 1 x , provoded − 1 ≤ x ≤ 1 -1\leq x\leq 1 − 1 ≤ x ≤ 1 and 0 ≤ θ ≤ π 0\leq \theta
\leq \pi 0 ≤ θ ≤ π
If tan θ = x , \tan\theta = x, tan θ = x , then θ = tan − 1 x , \theta = \tan^{-1}x, θ = tan − 1 x , provided − ∞ < x < ∞ -\infty < x < \infty − ∞ < x < ∞ and − π 2 < θ < π 2 -\frac{\pi}{2} <
\theta < \frac{\pi}{2} − 2 π < θ < 2 π
If cot θ = x , \cot\theta = x, cot θ = x , then θ = cot − 1 x , \theta = \cot^{-1}x, θ = cot − 1 x , provided − ∞ < x < ∞ -\infty < x < \infty − ∞ < x < ∞ and 0 < θ < π 0 < \theta < \pi 0 < θ < π
If sec θ = x , \sec\theta = x, sec θ = x , then θ = sec − 1 x , \theta = \sec^{-1}x, θ = sec − 1 x , provided x ≤ − 1 x \leq -1 x ≤ − 1 or x ≥ 1 x\geq 1 x ≥ 1 and 0 ≤ θ ≤ π , θ ≠ π 2 0\leq \theta
\leq \pi, \theta \neq \frac{\pi}{2} 0 ≤ θ ≤ π , θ = 2 π
If cosec θ = x , \cosec\theta = x, cosec θ = x , then θ = cosec − 1 x , \theta = \cosec^{-1}x, θ = cosec − 1 x , provided x ≤ − 1 x \leq -1 x ≤ − 1 or x ≥ 1 x\geq 1 x ≥ 1 and x ≤ − 1 x\leq -1 x ≤ − 1
or x ≥ 1 x\geq 1 x ≥ 1 and − π 2 ≤ θ ≤ π 2 , θ ≠ 0 -\frac{\pi}{2}\leq \theta\leq \frac{\pi}{2}, \theta\neq 0 − 2 π ≤ θ ≤ 2 π , θ = 0
Note: In the above definition restrictions on θ \theta θ are due to the consideration of principal values of inverse
terms. If these restrictions are removed, the terms will represent inverse trigonometrical relation and not functions.
Notations: I. Arc sin x \sin x sin x denotes the sine inverse of x x x [General value]
arcsin x \arcsin x arcsin x denotes the sine inverse of x x x [Principal value]
II. sin − 1 x \sin^{-1}x sin − 1 x denotes the principal value of sine inverse x x x
From the above notations three imprtant results follow:
sin − 1 x = θ ⇒ sin θ = x \sin^{-1}x = \theta \Rightarrow \sin \theta = x sin − 1 x = θ ⇒ sin θ = x and θ \theta θ is the principal value.
sin − 1 x = arcsin x , cos − 1 x = arccos x \sin^{-1}x = \arcsin x, \cos^{-1}x = \arccos x sin − 1 x = arcsin x , cos − 1 x = arccos x
From the definition of the inverse functions, we know that if y = f ( x ) y = f(x) y = f ( x ) is a function then for f − 1 f^{-1} f − 1 to be a
function, f f f must be one-one and onto mapping.
When we consider y = A r c sin x , y = Arc\sin x, y = A rc sin x , for any x ∈ [ − 1 , 1 ] x\in[-1, 1] x ∈ [ − 1 , 1 ] infinite number of values of y y y are obtained and hence
it does not represent inverse functions. When y = arcsin x y = \arcsin x y = arcsin x or sin − 1 x , \sin^{-1}x, sin − 1 x , corresponding to one value of
x ∈ [ − 1 , 1 ] , x\in [-1, 1], x ∈ [ − 1 , 1 ] , one values of y y y is obtained and hence it represents inverse trigonometric function.
Hence, for inverse trigonometric functions, consideration of principal values is essential.
25.1. Principal Value
Numerically smallest angle is known as the principal value.
Since inverse trigonometrical terms are in fact angles, definitions of principal value of inverse trigonometrical term is the same
as the definition of the principal value of angles.
Suppose we have to find the principal value of sin − 1 1 2 . \sin^{-1}\frac{1}{2}. sin − 1 2 1 .
For this let sin − 1 1 2 = θ \sin^{-1}\frac{1}{2} = \theta sin − 1 2 1 = θ then sin θ = 1 2 \sin\theta = \frac{1}{2} sin θ = 2 1
⇒ θ = … , − 11 π 6 , − 7 π 6 , π 6 , 5 π 6 , … \Rightarrow \theta = \ldots, -\frac{11\pi}{6}, -\frac{7\pi}{6}, \frac{\pi}{6}, \frac{5\pi}{6}, \ldots ⇒ θ = … , − 6 11 π , − 6 7 π , 6 π , 6 5 π , …
Among all these angles π 6 \frac{\pi}{6} 6 π is the numerically smallest angles satisfying sin θ = 1 2 \sin\theta = \frac{1}{2} sin θ = 2 1 and
hence it is principal value.
The steps to find principal value is same as described in previous chapter.
25.2. Important Formulae
sin sin − 1 x = x , − 1 ≤ x ≤ 1 \sin\sin^{-1}x = x, -1\leq x\leq 1 sin sin − 1 x = x , − 1 ≤ x ≤ 1
cos cos − 1 x = x , − 1 ≤ x ≤ 1 \cos\cos^{-1}x = x, -1\leq x\leq 1 cos cos − 1 x = x , − 1 ≤ x ≤ 1
tan tan − 1 x = x , − ∞ < x < ∞ \tan\tan^{-1}x = x, -\infty< x < \infty tan tan − 1 x = x , − ∞ < x < ∞
cot cot − 1 x = x , − ∞ < x < ∞ \cot\cot^{-1}x = x, -\infty< x < \infty cot cot − 1 x = x , − ∞ < x < ∞
sec sec − 1 x = x , x ≤ − 1 \sec\sec^{-1}x = x, x\leq -1 sec sec − 1 x = x , x ≤ − 1 or x ≥ 1 x\geq 1 x ≥ 1
cosec cosec − 1 x = x , x ≤ − 1 \cosec\cosec^{-1}x = x, x\leq -1 cosec cosec − 1 x = x , x ≤ − 1 or x ≥ 1 x\geq 1 x ≥ 1
Proof: Let sin − 1 x = θ \sin^{-1}x = \theta sin − 1 x = θ then sin θ = x \sin\theta = x sin θ = x
Putthing the value of θ \theta θ from first equation in second
sin sin − 1 x = x \sin\sin^{-1}x = x sin sin − 1 x = x
Other formulae can be proved in similar manner.
sin − 1 sin x = x ∀ − π 2 ≤ x ≤ π 2 \sin^{-1}\sin x = x~\forall~-\frac{\pi}{2}\leq x\leq \frac{\pi}{2} sin − 1 sin x = x ∀ − 2 π ≤ x ≤ 2 π
cos − 1 cos x = x ∀ 0 ≤ x ≤ π \cos^{-1}\cos x = x~\forall~0\leq x\leq \pi cos − 1 cos x = x ∀ 0 ≤ x ≤ π
tan − 1 tan x = x ∀ 0 < x < ∞ \tan^{-1}\tan x = x~\forall~0<x<\infty tan − 1 tan x = x ∀ 0 < x < ∞
cot − 1 cot x = x ∀ 0 ≤ x ≤ π \cot^{-1}\cot x = x~\forall~0\leq x\leq \pi cot − 1 cot x = x ∀ 0 ≤ x ≤ π
sec − 1 sec x = x ∀ 0 ≤ x ≤ π , x ≠ π 2 \sec^{-1}\sec x = x~\forall~0\leq x\leq\pi, x\neq\frac{\pi}{2} sec − 1 sec x = x ∀ 0 ≤ x ≤ π , x = 2 π
cosec − 1 cosec x = x ∀ − π 2 ≤ x ≤ π 2 , x ≠ 0 \cosec^{-1}\cosec x = x~\forall~-\frac{\pi}{2}\leq x\leq\frac{\pi}{2}, x\neq 0 cosec − 1 cosec x = x ∀ − 2 π ≤ x ≤ 2 π , x = 0
Proof: Let sin − 1 x = θ \sin^{-1}x = \theta sin − 1 x = θ then sin θ = x \sin\theta = x sin θ = x
Substituting the value of x , x, x , we get
sin 1 sin θ = θ \sin^{1}\sin\theta = \theta sin 1 sin θ = θ
Replacing θ \theta θ by x , x, x , we get
sin − 1 sin x = x \sin^{-1}\sin x = x sin − 1 sin x = x
Other formulae can be proved in similar manner.
sin − 1 x + cos − 1 x = π 2 ∀ − 1 ≤ x ≤ 1 \sin^{-1}x + \cos^{-1}x = \frac{\pi}{2}~\forall~-1\leq x\leq 1 sin − 1 x + cos − 1 x = 2 π ∀ − 1 ≤ x ≤ 1
tan − 1 x + cot − 1 x = π 2 ∀ x ∈ R \tan^{-1}x + \cot^{-1}x = \frac{\pi}{2}~\forall x \in R tan − 1 x + cot − 1 x = 2 π ∀ x ∈ R
sec − 1 x + cosec − 1 x = π 2 ∀ x ≤ − 1 \sec^{-1}x + \cosec^{-1}x = \frac{\pi}{2}~\forall x\leq -1 sec − 1 x + cosec − 1 x = 2 π ∀ x ≤ − 1 or x ≥ 1 x\geq 1 x ≥ 1
Proof: Let sin − 1 x = θ \sin^{-1}x = \theta sin − 1 x = θ then sin θ = x \sin\theta = x sin θ = x
cos ( π 2 − θ ) = x ⇒ π 2 − θ = cos − 1 x \cos\left(\frac{\pi}{2} - \theta\right) = x \Rightarrow \frac{\pi}{2} - \theta = \cos^{-1}x cos ( 2 π − θ ) = x ⇒ 2 π − θ = cos − 1 x
cos − 1 x + θ = π 2 ⇒ sin − 1 x + cos − 1 x = π 2 \cos^{-1}x + \theta = \frac{\pi}{2}\Rightarrow \sin^{-1}x + \cos^{-1}x = \frac{\pi}{2} cos − 1 x + θ = 2 π ⇒ sin − 1 x + cos − 1 x = 2 π
Similarly other results can be proven.
sin − 1 x = cosec − 1 1 x , − 1 ≤ x ≤ 1 \sin^{-1}x = \cosec^{-1}\frac{1}{x}, -1\leq x\leq 1 sin − 1 x = cosec − 1 x 1 , − 1 ≤ x ≤ 1
cosec − 1 x = sin − 1 1 2 , x ≤ − 1 \cosec^{-1}x = \sin^{-1}\frac{1}{2}, x\leq -1 cosec − 1 x = sin − 1 2 1 , x ≤ − 1 or x > 1 x > 1 x > 1
cos − 1 x = s e c − 1 1 x , − 1 ≤ x ≤ 1 \cos^{-1}x = sec^{-1}\frac{1}{x}, -1\leq x\leq 1 cos − 1 x = se c − 1 x 1 , − 1 ≤ x ≤ 1
sec − 1 x = cos − 1 1 x , x ≤ − 1 \sec^{-1}x = \cos^{-1}\frac{1}{x}, x\leq -1 sec − 1 x = cos − 1 x 1 , x ≤ − 1 or x ≥ 1 x\geq 1 x ≥ 1
tan − 1 x = cot − 1 1 x , x > 0 \tan^{-1}x = \cot^{-1}\frac{1}{x}, x>0 tan − 1 x = cot − 1 x 1 , x > 0
cot − 1 x = tan − 1 1 x , x > 0 \cot^{-1}x = \tan^{-1}\frac{1}{x}, x >0 cot − 1 x = tan − 1 x 1 , x > 0
tan − 1 x = cot − 1 1 x − π , x < 0 \tan^{-1}x = \cot^{-1}\frac{1}{x} - \pi, x < 0 tan − 1 x = cot − 1 x 1 − π , x < 0
cot − 1 x = π + tan − 1 1 x , x < 0 \cot^{-1}x = \pi + \tan^{-1}\frac{1}{x}, x < 0 cot − 1 x = π + tan − 1 x 1 , x < 0
Proof: Let sin − 1 x = θ \sin^{-1}x = \theta sin − 1 x = θ then sin θ = x \sin\theta = x sin θ = x
⇒ cosec θ = 1 x \Rightarrow \cosec\theta = \frac{1}{x} ⇒ cosec θ = x 1
⇒ θ = cosec − 1 1 x \Rightarrow \theta = \cosec^{-1}\frac{1}{x} ⇒ θ = cosec − 1 x 1
⇒ sin − 1 x = cosec − 1 1 x \Rightarrow \sin^{-1}x = \cosec^{-1}\frac{1}{x} ⇒ sin − 1 x = cosec − 1 x 1
Other results can be proven similarly.
sin − 1 x = cos − 1 1 − x 2 , ∀ 0 ≤ x ≤ 1 \sin^{-1}x = \cos^{-1}\sqrt{1 - x^2}, ~\forall~0\leq x\leq 1 sin − 1 x = cos − 1 1 − x 2 , ∀ 0 ≤ x ≤ 1
sin − 1 x = − cos − 1 1 − x 2 f o r a l l − 1 ≤ x < 0 \sin^{-1}x = -\cos^{-1}\sqrt{1 - x^2}~forall~-1\leq x< 0 sin − 1 x = − cos − 1 1 − x 2 f or a ll − 1 ≤ x < 0
Proof: Let sin − 1 x = θ \sin^{-1}x = \theta sin − 1 x = θ then sin θ = x \sin\theta = x sin θ = x
⇒ cos 2 θ = 1 − x 2 ⇒ cos θ = ± 1 − x 2 \Rightarrow \cos^2\theta = 1 - x^2 \Rightarrow \cos\theta = \pm\sqrt{1 - x^2} ⇒ cos 2 θ = 1 − x 2 ⇒ cos θ = ± 1 − x 2
Principal values of sin − 1 x \sin^{-1}x sin − 1 x lies between − π 2 -\frac{\pi}{2} − 2 π and π 2 \frac{\pi}{2} 2 π
In this interval cos θ \cos\theta cos θ is +ve
⇒ sin − 1 x = cos − 1 1 − x 2 \Rightarrow \sin^{-1}x = \cos^{-1}\sqrt{1 - x^2} ⇒ sin − 1 x = cos − 1 1 − x 2
For − 1 ≤ x < 0 -1\leq x < 0 − 1 ≤ x < 0 sin − 1 x \sin^{-1}x sin − 1 x will be negative angle while cos − 1 1 − x 2 \cos^{-1}\sqrt{1 - x^2} cos − 1 1 − x 2 will be positive
angle. Hence to balance that we need to used a negative sign for this.
sin − 1 ( − x ) = − sin − 1 x \sin^{-1}(-x) = -\sin^{-1}x sin − 1 ( − x ) = − sin − 1 x
cos − 1 ( − x ) = π − cos − 1 x \cos^{-1}(-x) = \pi - \cos^{-1}x cos − 1 ( − x ) = π − cos − 1 x
tan − 1 ( x ) = − tan − 1 x \tan^{-1}(x) = -\tan^{-1}x tan − 1 ( x ) = − tan − 1 x
cot − 1 x = π − cot − 1 x \cot^{-1}x = \pi - \cot^{-1}x cot − 1 x = π − cot − 1 x
Proof: Let cos − 1 ( − x ) = θ \cos^{-1}(-x) = \theta cos − 1 ( − x ) = θ then cos θ = − x \cos\theta = -x cos θ = − x
− cos θ = x ⇒ cos ( π − θ ) = x -\cos\theta = x \Rightarrow \cos(\pi - \theta) = x − cos θ = x ⇒ cos ( π − θ ) = x
∴ θ = π − cos − 1 x \therefore \theta = \pi - \cos^{-1}x ∴ θ = π − cos − 1 x
Note: cos ( π + θ ) \cos(\pi + \theta) cos ( π + θ ) is also equal to − cos θ -\cos\theta − cos θ but this will make principal value greater than π . \pi. π .
Similarly other results can be proven.
tan − 1 x + tan − 1 y = tan − 1 x + y 1 − x y \tan^{-1}x + \tan^{-1}y = \tan^{-1}\frac{x + y}{1 - xy} tan − 1 x + tan − 1 y = tan − 1 1 − x y x + y where x , y > 0 x, y > 0 x , y > 0 and x y < 1 xy < 1 x y < 1
tan − 1 x + tan − 1 y = π + tan − 1 x + y 1 − x y \tan^{-1}x + \tan^{-1}y = \pi + \tan^{-1}\frac{x + y}{1 - xy} tan − 1 x + tan − 1 y = π + tan − 1 1 − x y x + y where x , y > 0 x, y > 0 x , y > 0 and x y > 1 xy > 1 x y > 1
tan − 1 x + tan − 1 y = − π + tan − 1 x + y 1 − x y \tan^{-1}x + \tan^{-1}y = -\pi + \tan^{-1}\frac{x + y}{1 - xy} tan − 1 x + tan − 1 y = − π + tan − 1 1 − x y x + y where x , y , 0 x, y , 0 x , y , 0 and x y > 1 xy > 1 x y > 1
tan − 1 x − tan − 1 y = tan − 1 x − y 1 + x y \tan^{-1}x - \tan^{-1}y = \tan^{-1}\frac{x - y}{1 + xy} tan − 1 x − tan − 1 y = tan − 1 1 + x y x − y where x y > 1 xy > 1 x y > 1
Proof: Let tan − 1 x = α \tan^{-1}x = \alpha tan − 1 x = α and tan − 1 y = β \tan^{-1}y = \beta tan − 1 y = β then
tan α = x \tan\alpha = x tan α = x and tan β = y \tan\beta = y tan β = y
tan ( α + β ) = tan α + tan β 1 − tan α tan β = x + y 1 − x y \tan(\alpha + \beta) = \frac{\tan\alpha + \tan\beta}{1 - \tan\alpha\tan\beta} = \frac{x + y}{1 - xy} tan ( α + β ) = 1 − t a n α t a n β t a n α + t a n β = 1 − x y x + y
⇒ α + β = tan − 1 x + y 1 = x y \Rightarrow \alpha +\beta = \tan^{-1}\frac{x + y}{1 = xy} ⇒ α + β = tan − 1 1 = x y x + y
⇒ tan − 1 x + tan − 1 y = tan − 1 x + y 1 − x y \Rightarrow \tan^{-1}x + \tan^{-1}y = \tan^{-1}\frac{x + y}{1 - xy} ⇒ tan − 1 x + tan − 1 y = tan − 1 1 − x y x + y
Case I. When x , y > 0 x, y > 0 x , y > 0 and x y < 1 , tan − 1 x + y 1 − x y > 0 xy < 1, \tan^{-1}\frac{x + y}{1 - xy} > 0 x y < 1 , tan − 1 1 − x y x + y > 0
therefore tan − 1 x + y 1 − x y \tan^{-1}\frac{x + y}{1 - xy} tan − 1 1 − x y x + y will be a positive angle.
Case II. When x , y > 0 x, y >0 x , y > 0 and x y > 1 xy > 1 x y > 1 tan − 1 x + y 1 − x y \tan^{-1}\frac{x + y}{1 - xy} tan − 1 1 − x y x + y will be a negative angle.
∴ tan − 1 x + tan − 1 y = π + tan − 1 x + y 1 − x y \therefore \tan^{-1}x + \tan^{-1}y = \pi + \tan^{-1}\frac{x + y}{1 - xy} ∴ tan − 1 x + tan − 1 y = π + tan − 1 1 − x y x + y
Case III. When x , y < 0 x, y< 0 x , y < 0 and x y > 1 xy > 1 x y > 1 tan − 1 x + tan − 1 y \tan^{-1}x + \tan^{-1}y tan − 1 x + tan − 1 y will be a negative angle and
tan − 1 x + y 1 − x y \tan^{-1}\frac{x + y}{1 - xy} tan − 1 1 − x y x + y will be a positive angle.
To balance it we will need to add − π -\pi − π
∴ tan − 1 x + tan − 1 y = − π + tan − 1 x + y 1 − x y \therefore \tan^{-1}x + \tan^{-1}y = -\pi + \tan^{-1}\frac{x + y}{1 - xy} ∴ tan − 1 x + tan − 1 y = − π + tan − 1 1 − x y x + y
Similarly other result can be proven.
tan − 1 x + tan − 1 y + tan − 1 z = x + y + z − x y z 1 − x y − y z − x z \tan^{-1}x + \tan^{-1}y + \tan^{-1}z = \frac{x + y + z - xyz}{1 - xy - yz - xz} tan − 1 x + tan − 1 y + tan − 1 z = 1 − x y − yz − x z x + y + z − x yz
This can be proven that previous formula.
sin − 1 x + sin − 1 y = sin − 1 [ x 1 − y 2 + y 1 − x 2 ] \sin^{-1}x + \sin^{-1}y = \sin^{-1}[x\sqrt{1 - y^2} + y\sqrt{1 - x^2}] sin − 1 x + sin − 1 y = sin − 1 [ x 1 − y 2 + y 1 − x 2 ] if − 1 ≤ x , y ≤ 1 -1\leq x, y\leq 1 − 1 ≤ x , y ≤ 1 and x 2 + y 2 ≤ 1 x^2 +
y^2\leq 1 x 2 + y 2 ≤ 1 or if x y < 0 xy < 0 x y < 0 and x 2 + y 2 > 1 x^2 + y^2 > 1 x 2 + y 2 > 1
sin − 1 x − sin − 1 y = sin − 1 [ x 1 − y 2 − y 1 − x 2 ] \sin^{-1}x - \sin^{-1}y = \sin^{-1}[x\sqrt{1 - y^2} - y\sqrt{1 - x^2}] sin − 1 x − sin − 1 y = sin − 1 [ x 1 − y 2 − y 1 − x 2 ] if − 1 ≤ x , y ≤ 1 -1\leq x, y\leq 1 − 1 ≤ x , y ≤ 1 and x 2 + y 2 ≤ 1 x^2 +
y^2\leq 1 x 2 + y 2 ≤ 1 or if x y > 0 xy > 0 x y > 0 and x 2 + y 2 > 1 x^2 + y^2 > 1 x 2 + y 2 > 1
Proof: Let sin − 1 x = α \sin^{-1}x = \alpha sin − 1 x = α and sin − 1 y = β \sin^{-1}y = \beta sin − 1 y = β then sin α = x , sin β = y . \sin\alpha = x, \sin\beta = y. sin α = x , sin β = y .
Now sin ( α + β ) = sin α cos β + sin β cos α \sin(\alpha + \beta) = \sin\alpha\cos\beta + \sin\beta\cos\alpha sin ( α + β ) = sin α cos β + sin β cos α
= sin α 1 − sin 2 β + sin β 1 − sin 2 α = \sin\alpha\sqrt{1 - \sin^2\beta} + \sin\beta\sqrt{1 - \sin^2\alpha} = sin α 1 − sin 2 β + sin β 1 − sin 2 α
= x 1 − y 2 + y 1 − x 2 = x\sqrt{1 - y^2} + y\sqrt{1 - x^2} = x 1 − y 2 + y 1 − x 2
α + β = sin − 1 [ x 1 − y 2 + y 1 − x 2 ] \alpha + \beta = \sin^{-1}[x\sqrt{1 - y^2} + y\sqrt{1 - x^2}] α + β = sin − 1 [ x 1 − y 2 + y 1 − x 2 ]
Similarly we can prove that sin − 1 x − sin − 1 y = sin − 1 [ x 1 − y 2 − y 1 − x 2 ] \sin^{-1}x - \sin^{-1}y = \sin^{-1}[x\sqrt{1 - y^2} - y\sqrt{1 - x^2}] sin − 1 x − sin − 1 y = sin − 1 [ x 1 − y 2 − y 1 − x 2 ]
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 , where ∣ x ∣ < 1 |x|< 1 ∣ x ∣ < 1
2 tan − 1 x = cos − 1 1 − x 2 1 + x 2 , 2\tan^{-1}x = \cos^{-1}\frac{1 - x^2}{1 + x^2}, 2 tan − 1 x = cos − 1 1 + x 2 1 − x 2 , where x ≥ 0 x\geq 0 x ≥ 0
2 tan − 1 x = tan − 1 2 x 1 − x 2 , 2\tan^{-1}x = \tan^{-1}\frac{2x}{1 - x^2}, 2 tan − 1 x = tan − 1 1 − x 2 2 x , where ∣ x ∣ < 1 |x| < 1 ∣ x ∣ < 1
Proof:
Let tan − 1 x = θ \tan^{-1}x = \theta tan − 1 x = θ then tan θ = x \tan\theta = x tan θ = x
sin 2 θ = 2 tan θ 1 + tan 2 x θ = 2 x 1 + x 2 \sin2\theta = \frac{2\tan\theta}{1 + \tan^2x\theta} = \frac{2x}{1 + x^2} sin 2 θ = 1 + t a n 2 x θ 2 t a n θ = 1 + x 2 2 x
⇒ 2 θ = sin − 1 2 x 1 + x 2 ⇒ 2 tan − 1 x = sin − 1 2 x 1 + x 2 \Rightarrow 2\theta = \sin^{-1}\frac{2x}{1 + x^2}\Rightarrow 2\tan^{-1}x = \sin^{-1}\frac{2x}{1 + x^2} ⇒ 2 θ = sin − 1 1 + x 2 2 x ⇒ 2 tan − 1 x = sin − 1 1 + x 2 2 x
Here, − π 2 ≤ sin − 1 ≤ π 2 -\frac{\pi}{2}\leq \sin^{-1} \leq \frac{\pi}{2} − 2 π ≤ sin − 1 ≤ 2 π
− π 2 ≤ 2 tan − 1 x ≤ π 2 -\frac{\pi}{2}\leq 2\tan^{-1}x\leq \frac{\pi}{2} − 2 π ≤ 2 tan − 1 x ≤ 2 π
− π 4 ≤ tan − 1 x ≤ π 4 -\frac{\pi}{4}\leq \tan^{-1}x\leq \frac{\pi}{4} − 4 π ≤ tan − 1 x ≤ 4 π
− 1 ≤ x ≤ 1 ⇒ ∣ x ∣ < 1 -1\leq x\leq 1 \Rightarrow |x| < 1 − 1 ≤ x ≤ 1 ⇒ ∣ x ∣ < 1
cos 2 θ = 1 − tan 2 θ 1 + tan 2 θ = 1 − x 2 1 + x 2 \cos2\theta = \frac{1 - \tan^2\theta}{1 + \tan^2\theta} = \frac{1 - x^2}{1 + x^2} cos 2 θ = 1 + t a n 2 θ 1 − t a n 2 θ = 1 + x 2 1 − x 2
⇒ 2 θ = cos − 1 ( 1 − x 2 1 + x 2 ) \Rightarrow 2\theta = \cos^{-1}\left(\frac{1 - x^2}{1 + x^2}\right) ⇒ 2 θ = cos − 1 ( 1 + x 2 1 − x 2 )
2 tan − 1 x = cos − 1 1 − x 2 1 + x 2 2\tan^{-1}x = \cos^{-1}\frac{1 - x^2}{1 + x^2} 2 tan − 1 x = cos − 1 1 + x 2 1 − x 2
For x ≥ 0 x \geq 0 x ≥ 0 both sides will be balanced.
For x < 0 , 2 tan − 1 x x<0, 2\tan^{-1}x x < 0 , 2 tan − 1 x will represent a negative angle where R.H.S. will always lie between 0 0 0 and π . \pi. π .
Hence two sides cannot be equal.
tan 2 θ = 2 tan θ 1 − tan 2 θ = 2 x 1 − x 2 ⇒ 2 θ = tan − 1 2 x 1 − x 2 \tan2\theta = \frac{2\tan\theta}{1 - \tan^2\theta} = \frac{2x}{1 - x^2}\Rightarrow 2\theta = \tan^{-1}\frac{2x}{1 - x^2} tan 2 θ = 1 − t a n 2 θ 2 t a n θ = 1 − x 2 2 x ⇒ 2 θ = tan − 1 1 − x 2 2 x
2 tan − 1 x = tan − 1 2 x 1 − x 2 2\tan^{-1}x = \tan^{-1}\frac{2x}{1 - x^2} 2 tan − 1 x = tan − 1 1 − x 2 2 x which holds good for ∣ x ∣ < 1 |x|< 1 ∣ x ∣ < 1
2 sin − 1 x = sin − 1 [ 2 x 1 − x 2 ] 2\sin^{-1}x = \sin^{-1}[2x\sqrt{1 - x^2}] 2 sin − 1 x = sin − 1 [ 2 x 1 − x 2 ] if − 1 2 ≤ x ≤ 1 2 -\frac{1}{\sqrt{2}}\leq x\leq \frac{1}{\sqrt{2}} − 2 1 ≤ x ≤ 2 1
2 cos − 1 x = cos − 1 ( 2 x 2 − 1 ) 2\cos^{-1}x = \cos^{-1}(2x^2 - 1) 2 cos − 1 x = cos − 1 ( 2 x 2 − 1 ) where 0 ≤ x ≤ 1 0\leq x \leq 1 0 ≤ x ≤ 1
These can be proven like sin − 1 x + sin − 1 y \sin^{-1}x + \sin^{-1}y sin − 1 x + sin − 1 y
3 sin − 1 x = sin − 1 ( 3 x − 4 x 3 ) 3\sin^{-1}x = \sin^{-1}(3x - 4x^3) 3 sin − 1 x = sin − 1 ( 3 x − 4 x 3 ) where − 1 2 ≤ x ≤ 1 2 -\frac{1}{2}\leq x\leq \frac{1}{2} − 2 1 ≤ x ≤ 2 1
3 cos − 1 x = cos − 1 ( 4 x 3 − 3 x ) 3\cos^{-1}x = \cos^{-1}(4x^3 - 3x) 3 cos − 1 x = cos − 1 ( 4 x 3 − 3 x ) where 1 2 ≤ x ≤ 1 \frac{1}{2}\leq x\leq 1 2 1 ≤ x ≤ 1
3 tan − 1 x = tan − 1 3 x − x 3 1 − 3 x 2 3\tan^{-1}x = \tan^{-1}\frac{3x - x^3}{1 - 3x^2} 3 tan − 1 x = tan − 1 1 − 3 x 2 3 x − x 3 where − 1 3 < x < 1 3 -\frac{1}{\sqrt{3}}< x < \frac{1}{\sqrt{3}} − 3 1 < x < 3 1
These can be proven like previous proof.
25.3. Graph of Important Inverse Trigonometric Functions
y = sin − 1 x , − 1 ≤ x ≤ 1 y = \sin^{-1}x, -1\leq x\leq 1 y = sin − 1 x , − 1 ≤ x ≤ 1
Frpm this graph we observer following:
Domain is − 1 ≤ x ≤ 1 -1\leq x\leq 1 − 1 ≤ x ≤ 1
Range is − π 2 ≤ y ≤ π 2 -\frac{\pi}{2}\leq y \leq \frac{\pi}{2} − 2 π ≤ y ≤ 2 π
∵ sin − 1 x = − sin − 1 x ∴ y = sin − 1 x \because \sin^{-1}x = -\sin^{-1}x \therefore y = \sin^{-1}x ∵ sin − 1 x = − sin − 1 x ∴ y = sin − 1 x is an odd function.
It is a non-periodic function
It passes through origin i.e. when x = 0 , y = 0 x = 0, y = 0 x = 0 , y = 0
y = cos − 1 x , − 1 ≤ x ≤ 1 y = \cos^{-1}x, -1\leq x\leq 1 y = cos − 1 x , − 1 ≤ x ≤ 1
Follwing points can be observed from the graph:
Domain is − 1 ≤ x ≤ 1 -1\leq x\leq 1 − 1 ≤ x ≤ 1
Range is 0 ≤ x ≤ π 0\leq x\leq \pi 0 ≤ x ≤ π
∵ cos − 1 ( − x ) = π − cos − 1 x \because \cos^{-1}(-x) = \pi - \cos^{-1}x ∵ cos − 1 ( − x ) = π − cos − 1 x
⇒ y = cos − 1 x \Rightarrow y = \cos^{-1}x ⇒ y = cos − 1 x is neither odd nor even.
It is a non-periodic function
y = tan − 1 x , − ∞ < x < ∞ y = \tan^{-1}x, -\infty< x <\infty y = tan − 1 x , − ∞ < x < ∞
From the graph follwing points can be observed:
Domain is − ∞ < x < ∞ -\infty < x < \infty − ∞ < x < ∞
Range is − π 2 < x < π 2 -\frac{\pi}{2} < x < \frac{\pi}{2} − 2 π < x < 2 π
y = tan − 1 x y = \tan^{-1}x y = tan − 1 x is an odd function
It is a non-periodic function.
It passes through origin.
y = cot − 1 x , − ∞ < x < ∞ y = \cot^{-1}x, -\infty< x <\infty y = cot − 1 x , − ∞ < x < ∞
From the graph follwing points can be observed:
Domain is − ∞ < x < ∞ -\infty < x < \infty − ∞ < x < ∞
Rnage is 0 < y < π 0<y<\pi 0 < y < π
The function is neither odd nor even.
It is a non-periodic function
25.4. Problems
Evaluate the following:
tan − 1 ( − 1 ) \tan^{-1}(-1) tan − 1 ( − 1 )
cot − 1 ( − 1 ) \cot^{-1}(-1) cot − 1 ( − 1 )
sin − 1 ( − 3 2 ) \sin^{-1}\left(-\frac{\sqrt{3}}{2}\right) sin − 1 ( − 2 3 )
Find the value of the following:
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 [ cos − 1 − 1 2 ] \sin\left[\cos^{-1}\frac{-1}{2}\right] sin [ cos − 1 2 − 1 ]
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 ]
Evaluate 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 ]
Find the angle sin − 1 ( sin 2 π 3 ) \sin^{-1}\left(\sin\frac{2\pi}{3}\right) sin − 1 ( sin 3 2 π )
Find the value of the following:
sin − 1 3 2 \sin^{-1}\frac{\sqrt{3}}{2} sin − 1 2 3
tan − 1 − 1 3 \tan^{-1}\frac{-1}{\sqrt{3}} tan − 1 3 − 1
cot − 1 ( − 3 ) \cot^{-1}(-\sqrt{3}) cot − 1 ( − 3 )
cot − 1 cot 5 π 4 \cot^{-1}\cot\frac{5\pi}{4} cot − 1 cot 4 5 π
tan − 1 ( tan 3 π 4 ) \tan^{-1}\left(\tan\frac{3\pi}{4}\right) tan − 1 ( tan 4 3 π )
sin − 1 1 2 + cos − 1 1 2 \sin^{-1}\frac{1}{2} + \cos^{-1}\frac{1}{2} sin − 1 2 1 + cos − 1 2 1
cos [ tan − 1 ( 3 4 ) ] \cos\left[\tan^{-1}\left(\frac{3}{4}\right)\right] cos [ tan − 1 ( 4 3 ) ]
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 ]
Prove that 2 tan − 1 1 3 + tan − 1 1 7 = π 4 2\tan^{-1}\frac{1}{3} + \tan^{-1}\frac{1}{7} = \frac{\pi}{4} 2 tan − 1 3 1 + tan − 1 7 1 = 4 π
Prove that tan − 1 1 3 + tan − 1 1 5 + tan − 1 1 7 + tan − 1 1 8 = π 4 \tan^{-1}\frac{1}{3} + \tan^{-1}\frac{1}{5} + \tan^{-1}\frac{1}{7} + \tan^{-1}\frac{1}{8} = \frac{\pi}{4} tan − 1 3 1 + tan − 1 5 1 + tan − 1 7 1 + tan − 1 8 1 = 4 π
Prove that sin − 1 4 5 + sin − 1 5 13 + sin − 1 16 65 = π 2 \sin^{-1}\frac{4}{5} + \sin^{-1}\frac{5}{13} + \sin^{-1}\frac{16}{65} = \frac{\pi}{2} sin − 1 5 4 + sin − 1 13 5 + sin − 1 65 16 = 2 π
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
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
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
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 ]
Prove that 2 tan − 1 [ a − b a + b tan x 2 ] = cos − 1 [ b + a cos x a + b cos x ] 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] 2 tan − 1 [ a + b a − b tan 2 x ] = cos − 1 [ a + b c o s x b + a c o s x ] for 0 < b ≤ a , 0<b\leq a, 0 < b ≤ a , and x ≥ 0. x\geq 0. x ≥ 0.
Prove that tan − 1 x − y 1 + x y + tan − 1 y − z 1 + y z + tan − 1 z − x 1 + z x = 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}\frac{x - y}{1 + xy} + \tan^{-1}\frac{y - z}{1 + yz} + \tan^{-1}\frac{z - x}{1 + zx} =
\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 y x − y + tan − 1 1 + yz y − z + tan − 1 1 + z x z − x = 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 )
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
Prove that tan − 1 ( 1 2 tan 2 x ) + tan − 1 ( cot x ) + tan − 1 ( cot 3 x ) = 0 \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 if
π 4 < x < π 2 , = π \frac{\pi}{4}< x < \frac{\pi}{2}, = \pi 4 π < x < 2 π , = π if 0 < x < π 0<x<\pi 0 < x < π
Prove that tan − 1 1 2 + tan − 1 1 3 = tan − 1 3 5 + tan − 1 1 4 = π 4 \tan^{-1}\frac{1}{2} + \tan^{-1}\frac{1}{3} = \tan^{-1}\frac{3}{5} + \tan^{-1}\frac{1}{4} = \frac{\pi}{4} tan − 1 2 1 + tan − 1 3 1 = tan − 1 5 3 + tan − 1 4 1 = 4 π
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
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
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
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 )
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
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
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
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
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
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
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 )
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
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
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 ) where x , y ∈ [ 0 , 1 ] x, y \in[0,
1] x , y ∈ [ 0 , 1 ]
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
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
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
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 )
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 )
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
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
In any △ A B C \triangle ABC △ A BC if A = tan − 1 2 A = \tan^{-1}2 A = tan − 1 2 and B = tan − 1 3 , B = \tan^{-1}3, B = tan − 1 3 , prove that C = π 4 C = \frac{\pi}{4} C = 4 π
If 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 then prove that x 2 + y 2 + z 2 + 2 x y z = 1 x^2 + y^2 + z^2 + 2xyz = 1 x 2 + y 2 + z 2 + 2 x yz = 1
If 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 , prove that 9 x 2 − 12 x y cos θ + 4 y 2 = 36 sin 2 θ 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
If r = x + y + z r = x + y + z r = x + y + z then prove that tan − 1 x r y z + tan − 1 y r x z + tan − 1 z r x y = π \tan^{-1}\sqrt{\frac{xr}{yz}} + \tan^{-1}\sqrt{\frac{yr}{xz}} +
\tan^{-1}\sqrt{\frac{zr}{xy}} = \pi tan − 1 yz x r + tan − 1 x z yr + tan − 1 x y zr = π
If 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 then prove that sin u = tan 2 θ \sin u = \tan^2\theta sin u = tan 2 θ
Solve 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
Solve 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
If 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 , prove that x y + y z + z x = 1 xy + yz + zx = 1 x y + yz + z x = 1
If 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 , prove that x + y + z = x y z x + y + z = xyz x + y + z = x yz
If 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 , 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
If 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 , 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
Establish the relationship between 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. and if further x , y , z x, y, z x , y , z are
also in A.P. then prove that x = y = z . x = y = z. x = y = z .
Solve for x , cot − 1 x + sin − 1 1 5 = π 4 x, \cot^{-1}x + \sin^{-1}\frac{1}{\sqrt{5}} = \frac{\pi}{4} x , cot − 1 x + sin − 1 5 1 = 4 π
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
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
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
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
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 )
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 )
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
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
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
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
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
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 )
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
Find the values of x x x and y y y satisfying 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
Find the angle sin − 1 ( sin 10 ) \sin^{-1}(\sin10) sin − 1 ( sin 10 )
Using principal values, express the following as a single angle 3 tan − 1 1 2 + 2 tan − 1 1 5 + sin − 1 142 65 5 3\tan^{-1}\frac{1}{2} + 2\tan^{-1}\frac{1}{5} +
\sin^{-1}\frac{142}{65\sqrt{5}} 3 tan − 1 2 1 + 2 tan − 1 5 1 + sin − 1 65 5 142
Find the value of 2 cos − 1 x + sin − 1 x 2\cos^{-1}x + \sin^{-1}x 2 cos − 1 x + sin − 1 x at x = 1 5 x = \frac{1}{5} x = 5 1 where 0 ≤ cos − 1 x ≤ π 0\leq \cos^{-1}x\leq \pi 0 ≤ cos − 1 x ≤ π and
− π 2 ≤ sin − 1 x ≤ π 2 -\frac{\pi}{2}\leq \sin^{-1}x \leq \frac{\pi}{2} − 2 π ≤ sin − 1 x ≤ 2 π .
Show 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
Find the greater angle between 2 tan − 1 ( 2 2 − 1 ) 2\tan^{-1}(2\sqrt{2} - 1) 2 tan − 1 ( 2 2 − 1 ) and 3 sin − 1 1 3 + sin − 1 3 5 3\sin^{-1}\frac{1}{3} + \sin^{-1}\frac{3}{5} 3 sin − 1 3 1 + sin − 1 5 3
Prove that tan − 1 ( a 1 x − y x + a 1 y ) + tan − 1 ( a 2 − a 1 1 + a 2 a 1 ) + tan − 1 ( a 3 − a 2 1 + a 3 a 2 ) + … + tan − 1 ( a n − a n − 1 1 + a n a n − 1 ) + tan − 1 1 a n = tan − 1 x y \tan^{-1}\left(\frac{a_1x - y}{x + a_1y}\right) + \tan{-1}\left(\frac{a_2 - a_1}{1 + a_2a_1}\right) +
\tan^{-1}\left(\frac{a3 - a_2}{1 + a_3a_2}\right) + \ldots + \tan^{-1}\left(\frac{a_n - a_{n - 1}}{1 + a_na_{n - 1}}\right) +
\tan^{-1}\frac{1}{a_n} = \tan^{-1}\frac{x}{y} tan − 1 ( x + a 1 y a 1 x − y ) + tan − 1 ( 1 + a 2 a 1 a 2 − a 1 ) + tan − 1 ( 1 + a 3 a 2 a 3 − a 2 ) + … + tan − 1 ( 1 + a n a n − 1 a n − a n − 1 ) + tan − 1 a n 1 = tan − 1 y x
Find the sum cot − 1 2 + cot − 1 8 + cot − 1 18 + … + \cot^{-1}2 + \cot^{-1}8 + \cot^{-1}18 + \ldots + cot − 1 2 + cot − 1 8 + cot − 1 18 + … + to ∞ \infty ∞
Show that the function y = 2 tan − 1 x + sin − 1 2 x 1 + x 2 y = 2\tan^{-1}x + \sin^{-1}\frac{2x}{1 + x^2} y = 2 tan − 1 x + sin − 1 1 + x 2 2 x is constant for x ≥ 1. x\geq 1. x ≥ 1. Find the value of
this constant.
Prove the relations cos − 1 x 0 = 1 − x 0 2 x 1 x 2 x 3 … to ∞ \cos^{-1}x_0 = \frac{\sqrt{1 - x_0^2}}{x_1x_2x_3\ldots\text{~to~}\infty} cos − 1 x 0 = x 1 x 2 x 3 … to ∞ 1 − x 0 2 where the successive
quantities x r x_r x r are connected by the relation x r + 1 = 1 + x r 2 x_{r + 1} = \sqrt{\frac{1 + x_r}{2}} x r + 1 = 2 1 + x r where 0 ≤ cos − 1 x 0 ≤ π 0\leq
\cos^{-1}x_0\leq \pi 0 ≤ cos − 1 x 0 ≤ π .
If a , b a, b a , b are positive quantities and if a 1 = a + b 2 , b 1 = a 1 b , a 2 = a 1 + b 1 2 , b 2 = a 2 b 1 a_1 = \frac{a + b}{2}, b_1 = \sqrt{a_1b}, a_2 = \frac{a_1 + b_1}{2}, b_2
= \sqrt{a_2b_1} a 1 = 2 a + b , b 1 = a 1 b , a 2 = 2 a 1 + b 1 , b 2 = a 2 b 1 and so on then show that lim n → ∞ a n lim n → ∞ b n = b 2 − a 2 cos − 1 a b \lim_{n\to \infty}a_n\lim_{n\to\infty}b_n = \frac{\sqrt{b^2 - a^2}}{\cos^{-1}\frac{a}{b}} lim n → ∞ a n lim n → ∞ b n = c o s − 1 b a