Question Number 143142 by Ar Brandon last updated on 10/Jun/21
$$\int\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\centerdot\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{4}} }}\mathrm{dx} \\ $$
Answered by Olaf_Thorendsen last updated on 10/Jun/21
$$\mathrm{F}\left({x}\right)\:=\:\int\frac{{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}.\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{4}} }}\:{dx} \\ $$$$\mathrm{F}\left({x}\right)\:=\:\int\frac{{x}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}}{{x}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}}.\frac{\mathrm{1}}{\:\mathrm{sign}\left({x}\right).{x}\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }}}\:{dx} \\ $$$$\mathrm{F}\left({x}\right)\:=\:\mathrm{sign}\left({x}\right)\int\frac{\mathrm{1}}{{x}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}}.\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\left({x}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }\right){dx}\: \\ $$$$\mathrm{Let}\:{u}\:=\:{x}+\frac{\mathrm{1}}{{x}} \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:=\:\mathrm{sign}\left({x}\right)\int\frac{\mathrm{1}}{{u}}.\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{{u}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}}\:{du} \\ $$$$\mathrm{Let}\:{u}\:=\:\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{ch}{t} \\ $$$$\mathrm{F}\left({t}\right)\:=\:\mathrm{sign}\left({x}\right)\int\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{ch}{t}}.\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{sh}{t}}\:\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{sh}{t}\:{dt} \\ $$$$\mathrm{F}\left({t}\right)\:=\:\mathrm{sign}\left({x}\right)\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\int\frac{\mathrm{1}}{\:\mathrm{ch}{t}}\:{dt} \\ $$$$\mathrm{F}\left({t}\right)\:=\:\mathrm{sign}\left({x}\right)\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\int\frac{\mathrm{2}}{\:{e}^{{t}} +{e}^{−{t}} }\:{dt} \\ $$$$\mathrm{F}\left({t}\right)\:=\:\mathrm{sign}\left({x}\right)\sqrt{\mathrm{2}}\int\frac{{e}^{{t}} }{\:\mathrm{1}+{e}^{\mathrm{2}{t}} }\:{dt} \\ $$$$\mathrm{F}\left({t}\right)\:=\:\mathrm{sign}\left({x}\right)\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{arctan}\left({e}^{{t}} \right) \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:=\:\mathrm{sign}\left({x}\right)\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{arctan}\left({e}^{\mathrm{argch}\left(\frac{{u}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\right)} \right) \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:=\:\mathrm{sign}\left({x}\right)\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{arctan}\left({e}^{\mathrm{ln}\left(\frac{{u}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}+\sqrt{\frac{{u}}{\mathrm{2}}−\mathrm{1}}\right)} \right) \\ $$$$\mathrm{F}\left({u}\right)\:=\:\mathrm{sign}\left({x}\right)\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{arctan}\left(\frac{{u}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}+\sqrt{\frac{{u}}{\mathrm{2}}−\mathrm{1}}\right) \\ $$$$\mathrm{F}\left({x}\right)\:=\:\mathrm{sign}\left({x}\right)\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{arctan}\left(\frac{{x}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}+\sqrt{\frac{{x}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}}{\mathrm{2}}−\mathrm{1}}\right) \\ $$$$\mathrm{F}\left({x}\right)\:=\:\mathrm{sign}\left({x}\right)\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{arctan}\left[\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}{x}}\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }\right)\right] \\ $$