Question Number 142763 by lapache last updated on 05/Jun/21
Commented by Ar Brandon last updated on 05/Jun/21
$$\mathcal{I}=\int\sqrt{\mathrm{tanx}}\mathrm{dx}\:,\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} =\mathrm{tanx}\:\Rightarrow\mathrm{2tdt}=\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} \right)\mathrm{dx} \\ $$$$\:\:\:=\int\frac{\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} \mathrm{dt}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }=\int\frac{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)+\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}{\mathrm{t}^{\mathrm{4}} +\mathrm{1}}\mathrm{dt} \\ $$$$\:\:\:=\int\frac{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}\mathrm{dt}+\int\frac{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}\mathrm{dt}=\int\frac{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}{\left(\mathrm{t}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}\mathrm{dt}+\int\frac{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}{\left(\mathrm{t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}\mathrm{dt} \\ $$$$\:\:\:=\int\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}+\int\frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{v}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{arctan}\left(\mathrm{u}/\sqrt{\mathrm{2}}\right)}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}−\frac{\mathrm{arctanh}\left(\mathrm{v}/\sqrt{\mathrm{2}}\right)}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}+\mathrm{C} \\ $$$$\:\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\mathrm{arctan}\left(\frac{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{t}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\mathrm{ln}\mid\frac{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{t}+\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{t}+\mathrm{1}}\mid+\mathrm{C} \\ $$$$\:\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\mathrm{arctan}\left(\frac{\mathrm{tanx}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2tanx}}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\mathrm{ln}\mid\frac{\mathrm{tanx}+\sqrt{\mathrm{2tanx}}+\mathrm{1}}{\mathrm{tanx}−\sqrt{\mathrm{2tanx}}+\mathrm{1}}\mid+\mathrm{C} \\ $$
Commented by Tinku Tara last updated on 05/Jun/21
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Answered by Ar Brandon last updated on 05/Jun/21
$$\mathcal{I}=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \sqrt{\mathrm{tanx}}\mathrm{dx}\:,\:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} =\mathrm{tanx}\:\Rightarrow\mathrm{2tdt}=\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} \right)\mathrm{dx} \\ $$$$\:\:\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} \mathrm{dt}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)+\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}{\mathrm{t}^{\mathrm{4}} +\mathrm{1}}\mathrm{dt} \\ $$$$\:\:\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}\mathrm{dt}+\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}\mathrm{dt}=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}{\left(\mathrm{t}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}\mathrm{dt}+\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}{\left(\mathrm{t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}\mathrm{dt} \\ $$$$\:\:\:=\int_{−\infty} ^{\infty} \frac{\mathrm{du}}{\mathrm{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}+\int_{+\infty} ^{+\infty} \frac{\mathrm{dv}}{\mathrm{v}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}=\left[\frac{\mathrm{arctan}\left(\mathrm{u}/\sqrt{\mathrm{2}}\right)}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\right]_{−\infty} ^{+\infty} =\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}+\frac{\pi}{\mathrm{2}}\right)=\frac{\pi}{\:\sqrt{\mathrm{2}}} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 06/Jun/21
$$\Phi=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \sqrt{\mathrm{tanx}}\mathrm{dx}\:\mathrm{changement}\:\sqrt{\mathrm{tanx}}=\mathrm{t}\:\mathrm{give}\:\mathrm{tanx}\:=\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:\Rightarrow\mathrm{x}=\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\:\Rightarrow \\ $$$$\Phi=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{\mathrm{t}.\left(\mathrm{2t}\right)}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\mathrm{dt}\:=\int_{−\infty} ^{+\infty} \:\frac{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\mathrm{dt}\:\mathrm{let}\:\varphi\left(\mathrm{z}\right)=\frac{\mathrm{z}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{z}^{\mathrm{4}} \:+\mathrm{1}} \\ $$$$\Rightarrow\varphi\left(\mathrm{z}\right)=\frac{\mathrm{z}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{z}^{\mathrm{2}} −\mathrm{i}\right)\left(\mathrm{z}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{i}\right)}\:=\frac{\mathrm{z}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{z}−\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \right)\left(\mathrm{z}+\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \right)\left(\mathrm{z}−\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \right)\left(\mathrm{z}+\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \right)} \\ $$$$\mathrm{residus}\:\mathrm{theorem}\:\mathrm{give}\:\int_{−\infty} ^{+\infty} \:\varphi\left(\mathrm{z}\right)\mathrm{dz}\:=\mathrm{2i}\pi\left\{\mathrm{Res}\left(\varphi,\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \right)\:+\mathrm{Res}\left(\varphi,−\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \right)\right\} \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\mathrm{Res}\left(\varphi,\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \right)=\frac{\mathrm{i}}{\mathrm{2e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \left(\mathrm{2i}\right)}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \\ $$$$\mathrm{Res}\left(\varphi,−\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \right)=\frac{−\mathrm{i}}{\left(−\mathrm{2e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \right)\left(−\mathrm{2i}\right)}\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \:\Rightarrow \\ $$$$\int_{\mathrm{R}} \varphi\left(\mathrm{z}\right)\mathrm{dz}\:=−\mathrm{2i}\pi\left\{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{4}}} \right\} \\ $$$$=−\frac{\pi\mathrm{i}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{2isin}\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)\right)\:=\pi.\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}=\frac{\pi}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\:\Rightarrow\Phi=\frac{\pi}{\:\sqrt{\mathrm{2}}} \\ $$
Answered by Ar Brandon last updated on 05/Jun/21
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \sqrt{\mathrm{tan}\theta}\mathrm{d}\theta=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\beta\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}},\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\right)=\frac{\pi}{\mathrm{2sin}\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)}=\frac{\pi}{\:\sqrt{\mathrm{2}}} \\ $$