Question Number 160194 by amin96 last updated on 25/Nov/21
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\boldsymbol{\mathrm{x}}}{\mathrm{1}−\boldsymbol{\mathrm{x}}^{\mathrm{6}} }\boldsymbol{\mathrm{dx}}=? \\ $$
Commented by mr W last updated on 25/Nov/21
$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {x}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{6}} +{x}^{\mathrm{12}} +{x}^{\mathrm{18}} +…\right){dx} \\ $$$$=\left[\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}+\frac{{x}^{\mathrm{8}} }{\mathrm{8}}+\frac{{x}^{\mathrm{14}} }{\mathrm{14}}+\frac{{x}^{\mathrm{20}} }{\mathrm{20}}+…\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{14}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{20}}+… \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$={divergent}! \\ $$
Answered by Ar Brandon last updated on 25/Nov/21
$${I}=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{x}}{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{6}} }{dx}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{dx}}{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{3}} }=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{{dx}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{3}} −\mathrm{1}}=\frac{{a}}{{x}−\mathrm{1}}+\frac{{bx}+{c}}{{x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}}=\frac{\left({a}+{b}\right){x}^{\mathrm{2}} +\left({a}−{b}+{c}\right){x}+\left({a}−{c}\right)}{{x}^{\mathrm{3}} −\mathrm{1}} \\ $$$${a}=−{b},\:{a}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}},\:{c}=−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}} \\ $$$${I}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{1}}{{x}−\mathrm{1}}−\frac{{x}+\mathrm{2}}{{x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}}\right){dx} \\ $$$$\:\:\:=−\frac{\mathrm{ln}\mid{x}−\mathrm{1}\mid}{\mathrm{6}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\int\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\centerdot\frac{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\centerdot\frac{\mathrm{1}}{\left({x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}}\right){dx} \\ $$$$\:\:\:=\left[−\frac{\mathrm{ln}\mid{x}−\mathrm{1}\mid}{\mathrm{6}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{12}}\mathrm{ln}\left({x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\centerdot\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\mathrm{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \\ $$
Commented by mr W last updated on 25/Nov/21
$${the}\:{integral}\:{diverges}. \\ $$