Question Number 75446 by Crabby89p13 last updated on 11/Dec/19
$$\int\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{5}} −\mathrm{1}}{dx} \\ $$
Answered by MJS last updated on 11/Dec/19
$$\mathrm{decomposing} \\ $$$$\int\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{5}} −\mathrm{1}}={I}_{\mathrm{1}} +{I}_{\mathrm{2}} +{I}_{\mathrm{3}} \\ $$$${I}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}\int\frac{{dx}}{{x}−\mathrm{1}} \\ $$$${I}_{\mathrm{2}} =−\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{10}}\int\frac{{x}−\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{5}}}{{x}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{x}+\mathrm{1}}{dx} \\ $$$${I}_{\mathrm{3}} =−\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{10}}\int\frac{{x}−\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{5}}}{{x}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{x}+\mathrm{1}}{dx} \\ $$$$\mathrm{now}\:\mathrm{solve}\:\mathrm{these},\:\mathrm{should}\:\mathrm{not}\:\mathrm{be}\:\mathrm{too}\:\mathrm{hard} \\ $$
Commented by Crabby89p13 last updated on 12/Dec/19
$${thanks} \\ $$
Commented by vishalbhardwaj last updated on 12/Dec/19
$$\mathrm{sir}\:\mathrm{how}\:\mathrm{did}\:\mathrm{you}\:\mathrm{decompose}\:\mathrm{this} \\ $$$$,\:\mathrm{please}\:\mathrm{write}\:\mathrm{complete}\:\mathrm{explanation} \\ $$
Commented by MJS last updated on 12/Dec/19
$$\mathrm{the}\:\mathrm{roots}\:\mathrm{of}\:{x}^{\mathrm{5}} −\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$${x}^{\mathrm{5}} −\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} =\mathrm{1} \\ $$$$\left({x}−\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{4}} +{x}^{\mathrm{3}} +{x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}\right)=\mathrm{0} \\ $$$${x}^{\mathrm{4}} +{x}^{\mathrm{3}} +{x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$${x}={t}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}} \\ $$$${t}^{\mathrm{4}} +\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}{t}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}{t}+\frac{\mathrm{205}}{\mathrm{256}}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{finding}\:\mathrm{the}\:\mathrm{2}\:\mathrm{square}\:\mathrm{factors}\:\mathrm{to}\:\mathrm{get} \\ $$$$\left({t}^{\mathrm{2}} −\alpha{t}−\beta\right)\left({t}^{\mathrm{2}} +\alpha{t}−\gamma\right)=\mathrm{0} \\ $$$${t}^{\mathrm{4}} −\left(\alpha^{\mathrm{2}} +\beta+\gamma\right){t}^{\mathrm{2}} −\alpha\left(\beta−\gamma\right){t}+\beta\gamma=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{comparing}\:\mathrm{constant}\:\mathrm{factors} \\ $$$$\left(\mathrm{1}\right)\:\:−\left(\alpha^{\mathrm{2}} +\beta+\gamma\right)=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}} \\ $$$$\left(\mathrm{2}\right)\:\:−\alpha\left(\beta−\gamma\right)=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}} \\ $$$$\left(\mathrm{3}\right)\:\:\beta\gamma=\frac{\mathrm{205}}{\mathrm{256}} \\ $$$$\left(\mathrm{1}\right)\:\Rightarrow\:\gamma=−\alpha^{\mathrm{2}} −\beta−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}} \\ $$$$\left(\mathrm{2}\right)\:\Rightarrow\:\beta=\gamma−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}\alpha}\:\:\underset{\left(\mathrm{1}\right)} {\Rightarrow}\:\:\beta=−\frac{\alpha^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{16}\alpha}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{16}} \\ $$$$\left(\mathrm{3}\right)\:\:\underset{\left(\mathrm{1}\right)\&\left(\mathrm{2}\right)} {\Rightarrow}\:\:\:\:\frac{\alpha^{\mathrm{4}} }{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{5}\alpha^{\mathrm{2}} }{\mathrm{16}}−\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{256}\alpha^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{45}}{\mathrm{64}}=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:\alpha^{\mathrm{6}} +\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\alpha^{\mathrm{4}} −\frac{\mathrm{45}}{\mathrm{16}}\alpha^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{64}}=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:\alpha=\sqrt{{p}} \\ $$$$\:\:\:\:\:{p}^{\mathrm{3}} +\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}{p}^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{45}}{\mathrm{16}}{p}−\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{64}}=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:{p}={q}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{12}} \\ $$$$\:\:\:\:\:{q}^{\mathrm{3}} −\frac{\mathrm{10}}{\mathrm{3}}{q}+\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{27}}=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{trying}\:\mathrm{factors}\:\mathrm{of}\:\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{27}}\:\Rightarrow\:{q}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\Rightarrow\:{p}=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\:\Rightarrow\:\alpha=\frac{\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow\:\beta=−\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{16}}−\frac{\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{8}}\:\Rightarrow\:\gamma=−\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{16}}+\frac{\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{8}} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$${t}^{\mathrm{4}} +\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}{t}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}{t}+\frac{\mathrm{205}}{\mathrm{256}}=\left({t}^{\mathrm{2}} −\frac{\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{t}+\frac{\mathrm{15}+\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{16}}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} +\frac{\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{t}+\frac{\mathrm{15}−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{16}}\right) \\ $$$${t}={x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$${x}^{\mathrm{5}} −\mathrm{1}=\left({x}−\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{x}+\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{x}+\mathrm{1}\right) \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{decomposing} \\ $$$$\frac{{a}}{{x}−\mathrm{1}}+\frac{{bx}+{c}}{{x}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{x}+\mathrm{1}}+\frac{{dx}+{e}}{{x}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{x}+\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{5}} −\mathrm{1}} \\ $$$$…\mathrm{transforming}\:\mathrm{leads}\:\mathrm{to}\:\mathrm{the}\:\mathrm{system} \\ $$$${a}+{b}+{d}=\mathrm{0} \\ $$$${a}−\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{b}+{c}−\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{d}+{e}=\mathrm{0} \\ $$$${a}+\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{b}−\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{c}+\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{d}−\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{e}=\mathrm{0} \\ $$$${a}−{b}+\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{c}−{d}+\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{e}=\mathrm{0} \\ $$$${a}−{c}−{e}−\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow\: \\ $$$${a}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}} \\ $$$${b}=−\frac{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{10}} \\ $$$${c}=−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{5}} \\ $$$${d}=−\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{10}} \\ $$$${e}=−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{5}} \\ $$