Question Number 136948 by leena12345 last updated on 28/Mar/21
$$\int\frac{\sqrt{\mathrm{4}+{x}^{\mathrm{2}} }}{{x}}{dx} \\ $$
Answered by Olaf last updated on 28/Mar/21
$$\mathrm{F}\left({x}\right)\:=\:\int\frac{\sqrt{\mathrm{4}+{x}^{\mathrm{2}} }}{{x}}\:{dx} \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:\overset{{x}=\mathrm{2sh}{u}} {=}\:\:\:\:\int\frac{\sqrt{\mathrm{4}+\mathrm{4sh}^{\mathrm{2}} {u}}}{\mathrm{2sh}{u}}\:\mathrm{2ch}{udu} \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:=\:\int\frac{\mathrm{2ch}{u}}{\mathrm{2sh}{u}}\:\mathrm{2ch}{udu} \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:=\:\mathrm{2}\int\frac{\mathrm{ch}^{\mathrm{2}} {u}}{\mathrm{sh}{u}}\:{du} \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:=\:\mathrm{2}\int\frac{\mathrm{sh}^{\mathrm{2}} {u}+\mathrm{1}}{\mathrm{sh}{u}}\:{du} \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:=\:\mathrm{2}\int\left(\mathrm{sh}{u}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{sh}{u}}\right)\:{du} \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:=\:\mathrm{2}\int\left(\mathrm{sh}{u}−\frac{\mathrm{2}{e}^{{u}} }{\mathrm{1}−{e}^{\mathrm{2}{u}} }\right)\:{du} \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:=\:\mathrm{2}\left[\mathrm{ch}{u}−\mathrm{2argth}\left({e}^{{u}} \right)\right] \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:=\:\mathrm{2}\left[\sqrt{\mathrm{sh}^{\mathrm{2}} {u}+\mathrm{1}}−\mathrm{2}×\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\mid\frac{\mathrm{1}+{e}^{{u}} }{\mathrm{1}−{e}^{{u}} }\mid\right] \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:=\:\mathrm{2}\left[\sqrt{\mathrm{sh}^{\mathrm{2}} {u}+\mathrm{1}}−\mathrm{2}×\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\mid\frac{\mathrm{1}+\mathrm{shu}+\mathrm{ch}{u}}{\mathrm{1}−\mathrm{sh}{u}−\mathrm{ch}{u}}\mid\right] \\ $$$$\mathrm{F}\left({x}\right)\:=\:\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}−\mathrm{2ln}\mid\frac{\mathrm{1}+\frac{{x}}{\mathrm{2}}+\sqrt{\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}+\mathrm{1}}}{\mathrm{1}−\frac{{x}}{\mathrm{2}}−\sqrt{\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}+\mathrm{1}}}\mid\:\left(+\mathrm{C}\right) \\ $$$$\mathrm{F}\left({x}\right)\:=\:\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}−\mathrm{2ln}\mid\frac{\mathrm{2}+{x}+\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}}{\mathrm{2}−{x}−\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}}\mid\:\left(+\mathrm{C}\right) \\ $$
Answered by Dwaipayan Shikari last updated on 28/Mar/21
$${x}=\mathrm{2}{sinhu}\Rightarrow{xe}^{{u}} ={e}^{\mathrm{2}{u}} −\mathrm{1}\Rightarrow{e}^{{u}} =\frac{{x}\pm\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$=\int\frac{\mathrm{4}{cosh}^{\mathrm{2}} \left({u}\right)}{{sinh}\left({u}\right)}{du}=\mathrm{4}\int\frac{\mathrm{1}+{sinh}^{\mathrm{2}} {u}}{{sinhu}}{du} \\ $$$$=\mathrm{4}\int\frac{\mathrm{1}}{{e}^{{u}} −{e}^{−{u}} }{du}+\mathrm{4}{cosh}\left({u}\right)=\mathrm{2}{log}\left(\frac{{e}^{{u}} −\mathrm{1}}{{e}^{{u}} +\mathrm{1}}\right)+\mathrm{4}{cosh}\left({u}\right)+{C} \\ $$$$=\mathrm{2}{log}\left(\frac{{x}\pm\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}−\mathrm{2}}{{x}\pm\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}+\mathrm{2}}\right)+\sqrt{\mathrm{4}+{x}^{\mathrm{2}} }\:\:+{C} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 28/Mar/21
$$\Phi=\int\:\frac{\sqrt{\mathrm{4}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{x}}\:\mathrm{dx}\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{do}\:\mathrm{the}\:\mathrm{changement}\:\mathrm{x}=\mathrm{2sht}\:\Rightarrow \\ $$$$\Phi=\int\:\:\frac{\mathrm{2ch}\left(\mathrm{t}\right)}{\mathrm{2sh}\left(\mathrm{t}\right)}\:\left(\mathrm{2cht}\right)\mathrm{dt}\:=\mathrm{2}\:\int\:\:\frac{\mathrm{ch}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}}{\mathrm{sht}}\mathrm{dt} \\ $$$$=\int\:\frac{\mathrm{1}+\mathrm{ch}\left(\mathrm{2t}\right)}{\mathrm{sh}\left(\mathrm{t}\right)}\mathrm{dt}\:=\int\:\:\frac{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{2t}} +\mathrm{e}^{−\mathrm{2t}} }{\mathrm{2}}}{\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{t}} −\mathrm{e}^{−\mathrm{t}} }{\mathrm{2}}}\mathrm{dt}\:=\int\:\:\frac{\mathrm{2}+\mathrm{e}^{\mathrm{2t}} \:+\mathrm{e}^{−\mathrm{2t}} }{\mathrm{e}^{\mathrm{t}} −\mathrm{e}^{−\mathrm{t}} }\mathrm{dt} \\ $$$$=_{\mathrm{e}^{\mathrm{t}} \:=\mathrm{y}} \:\:\:\int\:\:\frac{\mathrm{2}+\mathrm{y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{y}^{−\mathrm{2}} }{\mathrm{y}−\mathrm{y}^{−\mathrm{1}} }\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{y}}\:=\int\:\:\frac{\mathrm{2}+\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{y}^{−\mathrm{2}} }{\mathrm{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}\mathrm{dy} \\ $$$$=\int\:\:\frac{\mathrm{2y}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{y}^{\mathrm{4}} \:+\mathrm{1}}{\mathrm{y}^{\mathrm{4}} −\mathrm{y}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dy}\:=\int\:\frac{\mathrm{y}^{\mathrm{4}} \:+\mathrm{2y}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}{\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}\mathrm{dy}\:\mathrm{let}\:\mathrm{decompose} \\ $$$$\mathrm{F}\left(\mathrm{y}\right)=\frac{\mathrm{y}^{\mathrm{4}} \:+\mathrm{2y}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}{\mathrm{y}^{\mathrm{4}} −\mathrm{y}^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{y}^{\mathrm{4}} −\mathrm{y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{3y}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}{\mathrm{y}^{\mathrm{4}} −\mathrm{y}^{\mathrm{2}} }=\mathrm{1}+\frac{\mathrm{3y}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}{\mathrm{y}^{\mathrm{4}} −\mathrm{y}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{v}\left(\mathrm{y}\right)=\frac{\mathrm{3y}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}{\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}=\frac{\mathrm{3y}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}{\mathrm{y}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{y}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{y}+\mathrm{1}\right)}\:=\frac{\mathrm{a}}{\mathrm{y}}+\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{y}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{c}}{\mathrm{y}−\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{y}+\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{b}=−\mathrm{1}\:\:,\mathrm{c}\:=\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{2}}=\mathrm{2},\mathrm{d}=\frac{\mathrm{4}}{−\mathrm{2}}=−\mathrm{2} \\ $$$$\mathrm{v}\left(\mathrm{y}\right)=\frac{\mathrm{a}}{\mathrm{y}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{y}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{y}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{y}+\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{v}\left(\mathrm{2}\right)=\frac{\mathrm{13}}{\mathrm{8}}\:=\frac{\mathrm{a}}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:+\mathrm{2}−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\:=\frac{\mathrm{a}}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}}=\frac{\mathrm{a}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{13}}{\mathrm{12}}\:\Rightarrow\mathrm{a}=… \\ $$$$\int\:\mathrm{F}\left(\mathrm{y}\right)\mathrm{dy}\:=\mathrm{y}+\mathrm{aln}\mid\mathrm{y}\mid+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{y}}\:+\mathrm{2ln}\mid\frac{\mathrm{y}−\mathrm{1}}{\mathrm{y}+\mathrm{1}}\mid\:+\mathrm{C} \\ $$$$\mathrm{y}=\mathrm{e}^{\mathrm{t}} \:\mathrm{ant}\:\mathrm{t}\:=\mathrm{argsh}\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\right)=\mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}\:}+\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}}\right)\:\Rightarrow \\ $$$$\int\:\mathrm{F}\left(\mathrm{y}\right)\mathrm{dy}\:=\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}+\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}}+\mathrm{aln}\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}+\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}}\right) \\ $$$$+\mathrm{2ln}\mid\frac{\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}−\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}}}{\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}+\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}}}\mid\:+\mathrm{C}\:=\Phi \\ $$