Given relation
ln y = 3 sin − 1 x \ln y = 3\sin^{-1}x ln y = 3 sin − 1 x
So,
y = e 3 sin − 1 x y = e^{3\sin^{-1}x} y = e 3 s i n − 1 x
Differentiate once
Differentiating ln y = 3 sin − 1 x \ln y = 3\sin^{-1}x ln y = 3 sin − 1 x with respect to x x x :
y ′ y = 3 1 − x 2 \frac{y'}{y} = \frac{3}{\sqrt{1-x^2}} y y ′ = 1 − x 2 3
Hence,
y ′ = 3 y 1 − x 2 y' = \frac{3y}{\sqrt{1-x^2}} y ′ = 1 − x 2 3 y
Differentiate again
Differentiate
y ′ = 3 y ( 1 − x 2 ) − 1 / 2 y' = 3y(1-x^2)^{-1/2} y ′ = 3 y ( 1 − x 2 ) − 1/2
Using product rule:
y ′ ′ = 3 y ′ ( 1 − x 2 ) − 1 / 2 + 3 y ⋅ d d x ( 1 − x 2 ) − 1 / 2 y'' = 3y'(1-x^2)^{-1/2} + 3y\cdot \frac{d}{dx}(1-x^2)^{-1/2} y ′′ = 3 y ′ ( 1 − x 2 ) − 1/2 + 3 y ⋅ d x d ( 1 − x 2 ) − 1/2
Now,
d d x ( 1 − x 2 ) − 1 / 2 = x ( 1 − x 2 ) 3 / 2 \frac{d}{dx}(1-x^2)^{-1/2} = \frac{x}{(1-x^2)^{3/2}} d x d ( 1 − x 2 ) − 1/2 = ( 1 − x 2 ) 3/2 x
Therefore,
y ′ ′ = 3 y ′ 1 − x 2 + 3 x y ( 1 − x 2 ) 3 / 2 y'' = \frac{3y'}{\sqrt{1-x^2}} + \frac{3xy}{(1-x^2)^{3/2}} y ′′ = 1 − x 2 3 y ′ + ( 1 − x 2 ) 3/2 3 x y
Substitute y ′ = 3 y 1 − x 2 y' = \frac{3y}{\sqrt{1-x^2}} y ′ = 1 − x 2 3 y :
y ′ ′ = 3 1 − x 2 ⋅ 3 y 1 − x 2 + 3 x y ( 1 − x 2 ) 3 / 2 y'' = \frac{3}{\sqrt{1-x^2}}\cdot \frac{3y}{\sqrt{1-x^2}} + \frac{3xy}{(1-x^2)^{3/2}} y ′′ = 1 − x 2 3 ⋅ 1 − x 2 3 y + ( 1 − x 2 ) 3/2 3 x y
y ′ ′ = 9 y 1 − x 2 + 3 x y ( 1 − x 2 ) 3 / 2 y'' = \frac{9y}{1-x^2} + \frac{3xy}{(1-x^2)^{3/2}} y ′′ = 1 − x 2 9 y + ( 1 − x 2 ) 3/2 3 x y
Compute ( 1 − x 2 ) y ′ ′ − x y ′ (1-x^2)y'' - xy' ( 1 − x 2 ) y ′′ − x y ′
Multiply y ′ ′ y'' y ′′ by ( 1 − x 2 ) (1-x^2) ( 1 − x 2 ) :
( 1 − x 2 ) y ′ ′ = 9 y + 3 x y 1 − x 2 (1-x^2)y'' = 9y + \frac{3xy}{\sqrt{1-x^2}} ( 1 − x 2 ) y ′′ = 9 y + 1 − x 2 3 x y
Also,
x y ′ = x ⋅ 3 y 1 − x 2 = 3 x y 1 − x 2 xy' = x\cdot \frac{3y}{\sqrt{1-x^2}} = \frac{3xy}{\sqrt{1-x^2}} x y ′ = x ⋅ 1 − x 2 3 y = 1 − x 2 3 x y
Hence,
( 1 − x 2 ) y ′ ′ − x y ′ = 9 y (1-x^2)y'' - xy' = 9y ( 1 − x 2 ) y ′′ − x y ′ = 9 y
Evaluate at x = 1 2 x=\frac12 x = 2 1
First,
sin − 1 ( 1 2 ) = π 6 \sin^{-1}\left(\frac12\right)=\frac\pi6 sin − 1 ( 2 1 ) = 6 π
So,
y = e 3 ⋅ π / 6 = e π / 2 y = e^{3\cdot \pi/6} = e^{\pi/2} y = e 3 ⋅ π /6 = e π /2
Therefore,
( 1 − x 2 ) y ′ ′ − x y ′ = 9 y = 9 e π / 2 (1-x^2)y'' - xy' = 9y = 9e^{\pi/2} ( 1 − x 2 ) y ′′ − x y ′ = 9 y = 9 e π /2
Option check
A: 9 e π / 2 9e^{\pi/2} 9 e π /2 ✅
B: 9 e π / 6 9e^{\pi/6} 9 e π /6 ❌
C: 3 e π / 2 3e^{\pi/2} 3 e π /2 ❌
D: 3 e π / 6 3e^{\pi/6} 3 e π /6 ❌
Therefore, the correct answer is A .