Question Number 74344 by mathmax by abdo last updated on 22/Nov/19
$${calculate}\:\int\:\:\:\:\:\frac{{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{3}}{{x}^{\mathrm{3}} \left({x}+\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} }{dx} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 24/Nov/19
$${let}\:{I}=\int\:\frac{{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{3}}{{x}^{\mathrm{3}} \left({x}+\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} }{dx}\:\:{decompose}\:{F}\left({x}\right)=\frac{{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{3}}{{x}^{\mathrm{3}} \left({x}+\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${F}\left({x}\right)=\frac{{a}}{{x}}+\frac{{b}}{{x}^{\mathrm{2}} }\:+\frac{{c}}{{x}^{\mathrm{3}} }\:+\frac{{d}}{{x}+\mathrm{2}}\:+\frac{{e}}{\left({x}+\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${c}\:={x}^{\mathrm{3}} {F}\left({x}\right)\mid_{{x}=\mathrm{0}} \:\:\:=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\:\:{and}\:{e}=\left({x}+\mathrm{2}\overset{\mathrm{2}} {\right)}\:{F}\left({x}\right)\mid_{{x}=−\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{4}+\mathrm{2}+\mathrm{3}}{−\mathrm{8}}\:=−\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{8}} \\ $$$${F}\left({x}\right)=\frac{{a}}{{x}}+\frac{{b}}{{x}^{\mathrm{2}} }\:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}{x}^{\mathrm{3}} }\:+\frac{{d}}{{x}+\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{8}\left({x}+\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${lim}_{{x}\rightarrow+\infty} {xF}\left({x}\right)=\mathrm{0}={a}+{d}\:\Rightarrow{d}=−{a}\:\Rightarrow \\ $$$${F}\left({x}\right)=\frac{{a}}{{x}}+\frac{{b}}{{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}{x}^{\mathrm{3}} }−\frac{{a}}{{x}+\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{8}\left({x}+\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${F}\left(−\mathrm{1}\right)=−\mathrm{5}\:=−{a}+{b}−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\:−{a}−\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{8}}\:=−\mathrm{2}{a}−\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{8}}\:+{b}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{2}{a}−{b}+\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{8}}\:=\mathrm{5}\:\Rightarrow\mathrm{2}{a}−{b}\:=\mathrm{5}−\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{8}}\:=\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{8}} \\ $$$${F}\left(\mathrm{1}\right)=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{9}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:={a}+{b}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}−\frac{{a}}{\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{1}=\mathrm{3}{a}+\mathrm{3}{b}+\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{4}}−{a}−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{8}}\:=\mathrm{2}{a}+\mathrm{3}{b}\:+\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{8}}\:\Rightarrow\mathrm{2}{a}+\mathrm{3}{b}\:=\mathrm{1}−\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{8}}\:=−\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{8}} \\ $$$${we}\:{have}\:{b}=\mathrm{2}{a}−\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{8}}\:\Rightarrow\mathrm{2}{a}+\mathrm{3}\left(\mathrm{2}{a}−\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{8}}\right)=−\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{8}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{8}{a}\:−\frac{\mathrm{75}}{\mathrm{8}}=−\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{8}}\:\Rightarrow\mathrm{8}{a}\:=\frac{\mathrm{75}−\mathrm{7}}{\mathrm{8}}\:=\frac{\mathrm{68}}{\mathrm{8}}\:=\frac{\mathrm{34}}{\mathrm{4}}\:=\frac{\mathrm{17}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow{a}=\frac{\mathrm{17}}{\mathrm{16}} \\ $$$${b}=\frac{\mathrm{17}}{\mathrm{8}}−\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{8}}\:=−\mathrm{1} \\ $$$$\:\Rightarrow{F}\left({x}\right)=\frac{\mathrm{17}}{\mathrm{16}{x}}−\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}{x}^{\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{17}}{\mathrm{16}\left({x}+\mathrm{2}\right)}−\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{8}\left({x}+\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow \\ $$$${I}\:=\frac{\mathrm{17}}{\mathrm{16}}{ln}\mid{x}\mid+\frac{\mathrm{1}}{{x}}−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{8}{x}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{17}}{\mathrm{16}}{ln}\mid{x}+\mathrm{2}\mid+\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{8}\left({x}+\mathrm{2}\right)}\:+{C} \\ $$$$ \\ $$
Answered by MJS last updated on 24/Nov/19
$$=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\int\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{3}} }−\int\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{17}}{\mathrm{16}}\int\frac{{dx}}{{x}}−\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{8}}\int\frac{{dx}}{\left({x}+\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{17}}{\mathrm{16}}\int\frac{{dx}}{{x}+\mathrm{2}}= \\ $$$$=−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{8}{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{{x}}+\frac{\mathrm{17}}{\mathrm{16}}\mathrm{ln}\:{x}\:+\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{8}\left({x}+\mathrm{2}\right)}−\frac{\mathrm{17}}{\mathrm{16}}\mathrm{ln}\:\left({x}+\mathrm{2}\right)\:= \\ $$$$=\frac{\mathrm{17}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{13}{x}−\mathrm{6}}{\mathrm{8}{x}^{\mathrm{2}} \left({x}+\mathrm{2}\right)}−\frac{\mathrm{17}}{\mathrm{16}}\mathrm{ln}\:\frac{{x}+\mathrm{2}}{{x}}\:+{C} \\ $$