Question Number 132124 by Chhing last updated on 11/Feb/21
$$ \\ $$$$\:\:\:\mathrm{Calculate} \\ $$$$\:\:\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \sqrt{\frac{\mathrm{tan}\left(\mathrm{x}\right)+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}\right)}{\mathrm{tan}\left(\mathrm{x}\right)−\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}\right)}}\:\mathrm{cos}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx} \\ $$$$\:\: \\ $$
Commented by liberty last updated on 11/Feb/21
$$\sqrt{\frac{\mathrm{tan}\:\mathrm{x}\left(\mathrm{1}+\mathrm{tan}\:\mathrm{x}\right)}{\mathrm{tan}\:\mathrm{x}\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\mathrm{x}\right)}}\:=\:\sqrt{\frac{\mathrm{sin}\:\mathrm{x}+\mathrm{cos}\:\mathrm{x}}{\mathrm{sin}\:\mathrm{x}−\mathrm{cos}\:\mathrm{x}}} \\ $$$$\:\mathrm{but}\:\mathrm{sin}\:\mathrm{x}−\mathrm{cos}\:\mathrm{x}\:<\:\mathrm{0}\:\mathrm{on}\:\mathrm{interval} \\ $$$$\:\mathrm{0}\leqslant\mathrm{x}\leqslant\frac{\pi}{\mathrm{4}}.\:\mathrm{then}\:\mathrm{integral}\:\mathrm{diverges} \\ $$
Commented by prakash jain last updated on 11/Feb/21
$$\sqrt{\frac{\mathrm{1}+\mathrm{tan}\:{x}}{\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:{x}}}=\sqrt{\frac{\mathrm{cos}\:{x}+\mathrm{sin}\:{x}}{\mathrm{cos}\:{x}−\mathrm{sin}\:{x}}} \\ $$
Answered by Ar Brandon last updated on 11/Feb/21
$$\mathcal{I}=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \sqrt{\frac{\mathrm{tanx}+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}}{\mathrm{tanx}−\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}}}\centerdot\mathrm{cosxdx} \\ $$$$\:\:\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \sqrt{\frac{\mathrm{cosx}+\mathrm{sinx}}{\mathrm{cosx}−\mathrm{sinx}}}\centerdot\mathrm{cosxdx}=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \frac{\mathrm{cosx}+\mathrm{sinx}}{\:\sqrt{\mathrm{cos2x}}}\centerdot\mathrm{cosxdx} \\ $$$$\:\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \frac{\mathrm{1}+\mathrm{cos2x}}{\:\sqrt{\mathrm{cos2x}}}\mathrm{dx}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \frac{\mathrm{sin2x}}{\:\sqrt{\mathrm{cos2x}}}\mathrm{dx} \\ $$$$\mathrm{u}^{\mathrm{2}} =\mathrm{cos2x}\:,\:\mathrm{2udu}=−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{u}^{\mathrm{4}} } \\ $$$$\:\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{1}+\mathrm{u}}{\:\sqrt{\mathrm{u}}}\centerdot\frac{\mathrm{du}}{\:\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{u}^{\mathrm{2}} }}−\left[\frac{\sqrt{\mathrm{cos2x}}}{\mathrm{2}}\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{1}+\mathrm{u}}{\:\sqrt{\mathrm{u}−\mathrm{u}^{\mathrm{3}} }}\mathrm{du}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$
Commented by Dwaipayan Shikari last updated on 17/Feb/21
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{{u}−{u}^{\mathrm{3}} }}+\frac{{u}}{\:\sqrt{{u}−{u}^{\mathrm{3}} }}{du} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {u}^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \left(\mathrm{1}−{u}^{\mathrm{2}} \right)^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} +{u}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \left(\mathrm{1}−{u}^{\mathrm{2}} \right)^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} {du} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {t}^{−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}} \left(\mathrm{1}−{t}\right)^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} +{t}^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}} \left(\mathrm{1}−{t}\right)^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} {dt} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}.\frac{\Gamma\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\right)\sqrt{\pi}}{\Gamma\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\right)}+\mathrm{2}\frac{\Gamma\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\right)\sqrt{\pi}}{\Gamma\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\right)}=\frac{\sqrt{\pi}}{\mathrm{2}}\left(\frac{\Gamma^{\mathrm{2}} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\right)+\mathrm{4}\Gamma^{\mathrm{2}} \left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\right)}{\:\sqrt{\mathrm{2}}\pi}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{8}\pi}}\left(\Gamma^{\mathrm{2}} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\right)+\mathrm{4}\Gamma^{\mathrm{2}} \left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\right)\right) \\ $$