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calcolate tramite un integrale il valore medio del quadrato della funzione seno (o coseno) su un periodo e poi fatene la radice quadrata)

Question

Calcolare tramite un integrale il valore medio del quadrato della funzione seno (o coseno) su un periodo e poi fatene la radice quadrata.

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Solution

1. Break Down the Problem

We need to calculate the average value of the square of the sine function over one period, which is [0,2π] [0, 2\pi] . The average value can be obtained by the integral: Average=1baabf(x)dx \text{Average} = \frac{1}{b-a} \int_a^b f(x) \, dx In our case, f(x)=sin2(x) f(x) = \sin^2(x) and a=0 a = 0 , b=2π b = 2\pi .

2. Relevant Concepts

The average value A A of a function f f over an interval [a,b][a, b] is given by: A=1baabf(x)dx A = \frac{1}{b-a} \int_a^b f(x) \, dx To find the average of sin2(x) \sin^2(x) :

  1. Use the identity sin2(x)=1cos(2x)2 \sin^2(x) = \frac{1 - \cos(2x)}{2} .

3. Analysis and Detail

  1. First, calculate the integral: 02πsin2(x)dx=02π1cos(2x)2dx \int_0^{2\pi} \sin^2(x) \, dx = \int_0^{2\pi} \frac{1 - \cos(2x)}{2} \, dx
  2. Split the integral: 02πsin2(x)dx=1202π1dx1202πcos(2x)dx \int_0^{2\pi} \sin^2(x) \, dx = \frac{1}{2} \int_0^{2\pi} 1 \, dx - \frac{1}{2} \int_0^{2\pi} \cos(2x) \, dx
  3. Calculate each part:
    • The first integral: 02π1dx=2π \int_0^{2\pi} 1 \, dx = 2\pi
    • The second integral (since cos(2x) \cos(2x) over one full period is zero): 02πcos(2x)dx=0 \int_0^{2\pi} \cos(2x) \, dx = 0
  4. Combine: 02πsin2(x)dx=122π120=π \int_0^{2\pi} \sin^2(x) \, dx = \frac{1}{2} \cdot 2\pi - \frac{1}{2} \cdot 0 = \pi

4. Verify and Summarize

Now, apply it to the average value formula: Average=12π002πsin2(x)dx=12ππ=12 \text{Average} = \frac{1}{2\pi - 0} \int_0^{2\pi} \sin^2(x) \, dx = \frac{1}{2\pi} \cdot \pi = \frac{1}{2} Finally, calculate the square root of the average value: 12=12=22 \sqrt{\frac{1}{2}} = \frac{1}{\sqrt{2}} = \frac{\sqrt{2}}{2}

Final Answer

The square root of the average value of sin2(x) \sin^2(x) over one period is: 22 \frac{\sqrt{2}}{2}

This problem has been solved

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