Q.9
ICAR AIEEA PG 2024 - Statistical Sciences (Q.118)
MCQ (Single Correct) +4 −1
Find constants $a$ and $b$ so that $\lim_{x \to 0} \left(\frac{\sin 2x}{x^3} + \frac{a}{x^2} + b\right) = 1$:
अचर $a$ और $b$ के मान ज्ञात कीजिए ताकि $\lim_{x \to 0} \left(\frac{\sin 2x}{x^3} + \frac{a}{x^2} + b\right) = 1$ हो:

Expand $\sin 2x$ using Maclaurin series:

$$\sin 2x = 2x - \frac{(2x)^3}{3!} + \frac{(2x)^5}{5!} - \dots = 2x - \frac{8x^3}{6} + O(x^5) = 2x - \frac{4}{3}x^3 + O(x^5)$$

Substitute into the given expression:

$$\frac{\sin 2x + ax + bx^3}{x^3} = \frac{(2x - \frac{4}{3}x^3 + O(x^5)) + ax + bx^3}{x^3}$$ $$= \frac{(2 + a)x + (b - \frac{4}{3})x^3 + O(x^5)}{x^3} = \frac{2 + a}{x^2} + \left(b - \frac{4}{3}\right) + O(x^2)$$

For the limit as $x \to 0$ to exist and be finite:

  • The coefficient of $\frac{1}{x^2}$ must be zero:
    $$2 + a = 0 \implies a = -2$$
  • The remaining constant term must equal the limit value 1:
    $$b - \frac{4}{3} = 1 \implies b = 1 + \frac{4}{3} = \frac{7}{3}$$
Therefore, $a = -2, b = \frac{7}{3}$. Option 1 is correct.

मैकलॉरिन श्रेणी से $\sin 2x = 2x - \frac{4}{3}x^3 + O(x^5)$:
व्यंजक में रखने पर:

$$\lim_{x \to 0} \left[ \frac{2 + a}{x^2} + \left(b - \frac{4}{3}\right) \right] = 1$$

सीमा के अस्तित्व के लिए:

  • $\frac{1}{x^2}$ का गुणांक शून्य होना चाहिए: $2 + a = 0 \implies a = -2$
  • अचर पद 1 के बराबर होना चाहिए: $b - \frac{4}{3} = 1 \implies b = \frac{7}{3}$
अतः $a = -2, b = \frac{7}{3}$ (विकल्प 1) सही उत्तर है।
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