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MTH118

2nd  SEMESTER 2021/22 FINAL EXAMINATION

BACHELOR DEGREE - Year 2

Analysis II

Questions 

Q 1.   (a)  (10 marks) Define a function f : [0, ] → R by

f (x) =

if x ← Q;

otherwise.

Let P = f0 = x0  < x1  < . . . < xi-1  < xi  = } be a partition of [0, ].  Find the upper sum U (f, P) and the lower sum L(f, P) (the answers can be given in terms of the numbers xi  for i = 0, 1, 2, . . . , n).

(b)  (20 marks) Determine, providing a proof or a counterexample, whether the following state- ments are true or false:

(i) If f : [0, 1] → R is bounded and integrable on [0, 1], then |ef()| is integrable on [0, 1]. (ii) If f : [0, 1] → R is integrable, then there exists F : [0, 1] → R such that F\ = f .

[30 marks]

Q 2.

(a)  (15 marks) Let f : R R be a continuous function and let

F (x) =       xf (t)dt.

0

Quoting clearly any theorems used, find the derivative F\ (x).

(b)  (20 marks) Using LHospitals Rules, or otherwise, find the value of the limit

lim x(π  tan-1 (x))

and hence determine whether or not the improper integral

(     tan-1 (x))dx

converges.

[35 marks]

Q 3.   (a)  (15 marks) Justify whether or not the following exchange in order of integration and sum-

mation yields a correct equality:

1   o   xi               o       1  xi

-1 i=1 n2             i=1    -1 n2

(b)  (20 marks) The Fourier series of the 2π-periodic function defined by f (x) =  |x| on the interval [一π, π] is given by

o

f (x) ~     一

i=1

Justifying the convergence of the series differentiated term by term at a suitable point or otherwise, find the sum of the following infinite alternating sign series:

S = 1  +    +   . . .

[35 marks]