Question Number 101585 by Rohit@Thakur last updated on 03/Jul/20
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \frac{\mathrm{1}}{{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{a}\:{cosx}\:+\:\mathrm{1}}{dx}\:\left({a}<\mathrm{1}\right)\:{is} \\ $$$$ \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 03/Jul/20
$$\mathrm{f}\left(\mathrm{a}\right)\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \:\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2acosx}\:+\mathrm{1}}\:\:\mathrm{changement}\:\mathrm{tan}\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\right)=\mathrm{t}\:\mathrm{give} \\ $$$$\mathrm{f}\left(\mathrm{a}\right)\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\:\:\:\frac{\mathrm{2dt}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2a}×\frac{\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\:+\mathrm{1}\right)}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{\mathrm{2dt}}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2a}+\mathrm{2at}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\:\frac{\mathrm{2dt}}{\left(\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2a}+\mathrm{1}\right)\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \:−\mathrm{2a}+\mathrm{1}}\:=\frac{\mathrm{2}}{\left(\mathrm{a}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\frac{\left(\mathrm{a}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{a}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{\left(\mathrm{a}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}\:} \:+\left(\frac{\mathrm{a}−\mathrm{1}}{\mathrm{a}+\mathrm{1}}\right)^{\mathrm{2}} }\:\:=_{\mathrm{t}\:=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{a}}{\mathrm{1}+\mathrm{a}}\mathrm{u}} \:\:\:\frac{\mathrm{2}}{\left(\mathrm{a}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\left(\frac{\mathrm{1}−\mathrm{a}}{\mathrm{1}+\mathrm{a}}\right)^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}+\mathrm{u}^{\mathrm{2}} \right)}×\frac{\mathrm{1}−\mathrm{a}}{\mathrm{1}+\mathrm{a}}\mathrm{du} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{a}\right)^{\mathrm{2}} }×\frac{\left(\mathrm{1}+\mathrm{a}\right)^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}−\mathrm{a}\right)^{\mathrm{2}} }×\frac{\mathrm{1}−\mathrm{a}}{\mathrm{1}+\mathrm{a}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{1}+\mathrm{u}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{1}−\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }×\frac{\pi}{\mathrm{2}}\:=\frac{\pi}{\mathrm{1}−\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow\mathrm{f}\left(\mathrm{a}\right)\:=\frac{\pi}{\mathrm{1}−\mathrm{a}^{\mathrm{2}} } \\ $$
Commented by Rohit@Thakur last updated on 04/Jul/20
$${Thank}\:{you}\:{sir} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 04/Jul/20
$$\mathrm{you}\:\mathrm{are}\:\mathrm{welcome}\:\mathrm{sir}. \\ $$