Q.10
ICAR AIEEA PG Statistical Sciences 09 July 2023 (Shift 1) Paper (Q.120)
MCQ (Single Correct)
If $\Gamma(n) = \int_0^\infty e^{-x}x^{n-1}\,dx, (n > 0)$, then the value of $\int_0^{\pi/2}\sin^n x\,dx$ is given by :
यदि $\Gamma(n) = \int_0^\infty e^{-x}x^{n-1}\,dx, (n > 0)$ है, तो $\int_0^{\pi/2}\sin^n x\,dx$ का मान होगा :

By Euler's integral of the first kind in terms of Gamma functions:
$\int_0^{\pi/2} \sin^p x \cos^q x\,dx = \frac{\Gamma\left(\frac{p+1}{2}\right)\Gamma\left(\frac{q+1}{2}\right)}{2\Gamma\left(\frac{p+q+2}{2}\right)}$.
Setting $p = n$ and $q = 0$:
$\int_0^{\pi/2} \sin^n x\,dx = \frac{\Gamma\left(\frac{n+1}{2}\right)\Gamma\left(\frac{1}{2}\right)}{2\Gamma\left(\frac{n+2}{2}\right)}$.
Since $\Gamma(1/2) = \sqrt{\pi}$, this simplifies to:
$\frac{\Gamma\left(\frac{n+1}{2}\right)}{\Gamma\left(\frac{n+2}{2}\right)} \frac{\sqrt{\pi}}{2}$.

Detailed analysis of options:

  • $\frac{\Gamma\left(\frac{n+1}{2}\right)}{\Gamma\left(\frac{n+2}{2}\right)}\frac{\sqrt{\pi}}{2}$ is the exact formula.
  • Has $n/2$ and $(n+1)/2$ instead of $(n+1)/2$ and $(n+2)/2$.
  • Inverts the ratio of Gamma arguments.
  • Uses integer arguments $n$ and $n+1$.

गामा और बीटा फलनों के संबंध से मानक समाकल सूत्र:
$\int_0^{\pi/2} \sin^p x \cos^q x\,dx = \frac{\Gamma\left(\frac{p+1}{2}\right)\Gamma\left(\frac{q+1}{2}\right)}{2\Gamma\left(\frac{p+q+2}{2}\right)}$.
यहाँ $p = n$ तथा $q = 0$ रखने पर:
$\int_0^{\pi/2} \sin^n x\,dx = \frac{\Gamma\left(\frac{n+1}{2}\right)\Gamma\left(\frac{1}{2}\right)}{2\Gamma\left(\frac{n+2}{2}\right)}$.
चूँकि $\Gamma(1/2) = \sqrt{\pi}$ होता है, अतः व्यंजक:
$\frac{\Gamma\left(\frac{n+1}{2}\right)}{\Gamma\left(\frac{n+2}{2}\right)}\frac{\sqrt{\pi}}{2}$.

विकल्पों का विस्तृत विश्लेषण:

  • $\frac{\Gamma\left(\frac{n+1}{2}\right)}{\Gamma\left(\frac{n+2}{2}\right)}\frac{\sqrt{\pi}}{2}$ सही उत्तर है।
  • गलत कोणांक (arguments) हैं।
  • अनुपात व्युत्क्रम है।
  • गलत है।
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