Question Number 135431 by 777316 last updated on 13/Mar/21
Answered by SEKRET last updated on 13/Mar/21
$$\boldsymbol{\mathrm{F}}\left(\boldsymbol{\mathrm{a}}\right)=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \:\frac{\boldsymbol{\mathrm{ln}}\left(\boldsymbol{\mathrm{ax}}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}{\left(\boldsymbol{\mathrm{x}}+\mathrm{1}\right)}\:\boldsymbol{\mathrm{dx}}\:\:\:\:\:\:\boldsymbol{\mathrm{a}}=\mathrm{1} \\ $$$$\boldsymbol{\mathrm{F}}\:'\left(\boldsymbol{\mathrm{a}}\right)=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\boldsymbol{\mathrm{x}}^{\mathrm{2}} }{\left(\boldsymbol{\mathrm{x}}+\mathrm{1}\right)\left(\boldsymbol{\mathrm{ax}}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}\:\boldsymbol{\mathrm{dx}}=\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{a}}+\mathrm{1}}\centerdot\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\frac{\boldsymbol{\mathrm{x}}}{\boldsymbol{\mathrm{ax}}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{ax}}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\:+\:\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{x}}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$$\:\boldsymbol{\mathrm{F}}'\left(\boldsymbol{\mathrm{a}}\right)=\:\left[\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{a}}+\mathrm{1}}\centerdot\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\boldsymbol{\mathrm{a}}}\centerdot\boldsymbol{\mathrm{ln}}\left(\boldsymbol{\mathrm{ax}}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\:−\:\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\boldsymbol{\mathrm{a}}}}\centerdot\boldsymbol{\mathrm{arctg}}\left(\sqrt{\boldsymbol{\mathrm{a}}}\:\centerdot\boldsymbol{\mathrm{x}}\right)\:+\:\boldsymbol{\mathrm{ln}}\left(\boldsymbol{\mathrm{x}}+\mathrm{1}\right)\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \\ $$$$\:\:\boldsymbol{\mathrm{F}}\:'\left(\boldsymbol{\mathrm{a}}\right)=\:\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{a}}+\mathrm{1}}\centerdot\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\boldsymbol{\mathrm{a}}}\centerdot\boldsymbol{\mathrm{ln}}\left(\boldsymbol{\mathrm{a}}+\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\boldsymbol{\mathrm{a}}}}\centerdot\boldsymbol{\mathrm{arctg}}\left(\sqrt{\boldsymbol{\mathrm{a}}}\right)\:+\boldsymbol{\mathrm{ln}}\left(\mathrm{2}\right)\right) \\ $$$$\:\boldsymbol{\mathrm{F}}\left(\boldsymbol{\mathrm{a}}\right)=\:\int\:\frac{\boldsymbol{\mathrm{ln}}\left(\boldsymbol{\mathrm{a}}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{2}\boldsymbol{\mathrm{a}}\centerdot\left(\boldsymbol{\mathrm{a}}+\mathrm{1}\right)}\:\boldsymbol{\mathrm{da}}\:−\int\:\frac{\boldsymbol{\mathrm{arctg}}\left(\sqrt{\boldsymbol{\mathrm{a}}}\right)}{\:\sqrt{\boldsymbol{\mathrm{a}}}\:\centerdot\left(\boldsymbol{\mathrm{a}}+\mathrm{1}\right)}\:\boldsymbol{\mathrm{da}}+\boldsymbol{\mathrm{ln}}\left(\mathrm{2}\right)\centerdot\int\frac{\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{a}}+\mathrm{1}}\boldsymbol{\mathrm{da}} \\ $$$$\boldsymbol{\mathrm{F}}\left(\boldsymbol{\mathrm{a}}\right)=\:\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\centerdot\boldsymbol{\mathrm{ln}}^{\mathrm{2}} \left(\boldsymbol{\mathrm{a}}+\mathrm{1}\right)\:−\:\frac{\boldsymbol{\mathrm{L}}_{\mathrm{2}} \boldsymbol{\mathrm{i}}\left(−\boldsymbol{\mathrm{a}}\right)}{\mathrm{2}}\:−\:\boldsymbol{\mathrm{arctg}}^{\mathrm{2}} \left(\sqrt{\boldsymbol{\mathrm{a}}}\right)+\boldsymbol{\mathrm{ln}}\left(\mathrm{2}\right)\centerdot\boldsymbol{\mathrm{ln}}\left(\boldsymbol{\mathrm{a}}+\mathrm{1}\right)+\boldsymbol{\mathrm{C}} \\ $$$$\boldsymbol{\mathrm{a}}=\mathrm{0}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\boldsymbol{\mathrm{F}}\left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\:\mathrm{0}\:=\:\mathrm{0}−\mathrm{0}−\mathrm{0}+\mathrm{0}+\boldsymbol{\mathrm{C}}\:\:\:\:\:\:\boldsymbol{\mathrm{C}}=\mathrm{0} \\ $$$$\boldsymbol{\mathrm{F}}\left(\mathrm{1}\right)=\:\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\centerdot\boldsymbol{\mathrm{ln}}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}\right)\:−\:\frac{\boldsymbol{\pi}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{24}}\:−\:\frac{\boldsymbol{\pi}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{16}}\:+\:\boldsymbol{\mathrm{ln}}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}\right) \\ $$$$\:\boldsymbol{\mathrm{F}}\left(\mathrm{1}\right)\:=\:\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\centerdot\boldsymbol{\mathrm{ln}}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}\right)\:−\:\frac{\mathrm{5}\boldsymbol{\pi}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{48}} \\ $$
Answered by Ñï= last updated on 13/Mar/21
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}{{x}+\mathrm{1}}{dx}=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{1}}\int_{\mathrm{0}} ^{{x}} \frac{\mathrm{2}{y}}{{y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{dydx} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{x}}{{x}+\mathrm{1}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{2}{xy}}{{x}^{\mathrm{2}} {y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{dydx} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{2}{y}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{1}}{{y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\left(\frac{\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{1}}+\frac{{x}−\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} {y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\right){dxdy} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{2}{y}}{{y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{1}}+\frac{{x}−\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} {y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\right){dxdy} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{2}{y}}{{y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\left\{{ln}\mathrm{2}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{y}^{\mathrm{2}} }{ln}\left({y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{1}}{{y}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} {y}\right\}{dy} \\ $$$$=\left({ln}\mathrm{2}\right){ln}\left({y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\mid_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} +\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left({y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}{{y}\left({y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}{dy}−\mathrm{2}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{tan}^{−\mathrm{1}} {y}}{{y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{dy} \\ $$$$={ln}^{\mathrm{2}} \mathrm{2}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left({y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}{{y}^{\mathrm{2}} \left({y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}{d}\left({y}^{\mathrm{2}} \right)−\left(\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} {y}\right)^{\mathrm{2}} \mid_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \\ $$$$={ln}^{\mathrm{2}} \mathrm{2}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{1}}{{y}}−\frac{\mathrm{1}}{{y}+\mathrm{1}}\right){ln}\left({y}+\mathrm{1}\right){dy}−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{16}} \\ $$$$={ln}^{\mathrm{2}} \mathrm{2}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{Li}_{\mathrm{2}} \left(−\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}{ln}^{\mathrm{2}} \left({y}+\mathrm{1}\right)\mid_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} −\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{16}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}{ln}^{\mathrm{2}} \mathrm{2}−\frac{\mathrm{5}\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{48}} \\ $$