Question Number 67673 by Abdo msup. last updated on 30/Aug/19
$${calculate}\:\int_{−\infty} ^{+\infty} \:\:\:\frac{{dx}}{\left({x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}\right)} \\ $$
Commented by Abdo msup. last updated on 30/Aug/19
$${let}\:{A}\:=\int_{−\infty} ^{+\infty} \:\frac{{dx}}{\left({x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$${and}\:\varphi\left({z}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\left({z}^{\mathrm{2}} −{z}+\mathrm{1}\right)\left({z}^{\mathrm{2}} \:+{z}+\mathrm{1}\right)}\:\:{poles}\:{of}\:\varphi? \\ $$$${z}^{\mathrm{2}} −{z}\:+\mathrm{1}=\mathrm{0}\:\rightarrow\Delta\:=−\mathrm{3}\:=\left({i}\sqrt{\mathrm{3}}\right)^{\mathrm{2}} \:\Rightarrow \\ $$$${z}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{1}+{i}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\:\:{and}\:{z}_{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}−{i}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}} \\ $$$${z}^{\mathrm{2}} +{z}\:+\mathrm{1}=\mathrm{0}\:\rightarrow\Delta\:=−\mathrm{3}\:=\left({i}\sqrt{\mathrm{3}}\right)^{\mathrm{2}} \:\Rightarrow \\ $$$$\alpha_{\mathrm{1}} =\frac{−\mathrm{1}+{i}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\:\:{and}\:\alpha_{\mathrm{2}} =\frac{−\mathrm{1}−{i}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\varphi\left({z}\right)\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\left({x}−{z}_{\mathrm{1}} \right)\left({x}−{z}_{\mathrm{2}} \right)\left({x}−\alpha_{\mathrm{1}} \right)\left({x}−\alpha_{\mathrm{2}} \right)} \\ $$$${residus}\:{theorem}\:{give} \\ $$$$\int_{−\infty} ^{+\infty} \:\varphi\left({z}\right){dz}\:=\mathrm{2}{i}\pi\left\{\:{Res}\left(\varphi,{z}_{\mathrm{1}} \right)\:+{Res}\left(\varphi,\alpha_{\mathrm{1}} \right)\right\} \\ $$$${Res}\:\left(\varphi,{z}_{\mathrm{1}} \right)\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\left({z}_{\mathrm{1}} −{z}_{\mathrm{2}} \right)\left({z}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} \:+{z}_{\mathrm{1}} +\mathrm{1}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{i}\sqrt{\mathrm{3}}\left({z}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} \:+{z}_{\mathrm{1}} +\mathrm{1}\right)} \\ $$$${Res}\left(\varphi,\alpha_{\mathrm{1}} \right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\left(\alpha_{\mathrm{1}} −\alpha_{\mathrm{2}} \right)\left(\alpha_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} −\alpha_{\mathrm{1}} +\mathrm{1}\right)}\:=\frac{\mathrm{1}}{{i}\sqrt{\mathrm{3}}\left(\alpha_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} −\alpha_{\mathrm{1}} +\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\int_{−\infty} ^{+\infty} \varphi\left({z}\right){dz}\:=\mathrm{2}{i}\pi\left\{\frac{\mathrm{1}}{{i}\sqrt{\mathrm{3}}\left({z}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} \:+{z}_{\mathrm{1}} +\mathrm{1}\right)}\:+\frac{\mathrm{1}}{{i}\sqrt{\mathrm{3}}\left(\alpha_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} −\alpha_{\mathrm{1}} +\mathrm{1}\right)}\right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}\pi}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\left\{\:\:\frac{\mathrm{1}}{{z}_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} +{z}_{\mathrm{1}} +\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\alpha_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} −\alpha_{\mathrm{1}} +\mathrm{1}}\right\} \\ $$$$ \\ $$