Question Number 182648 by cortano1 last updated on 12/Dec/22
$$\:\:\underset{\mathrm{0}} {\overset{\pi/\mathrm{4}} {\int}}\:\frac{\mathrm{sec}\:^{\mathrm{2}} \mathrm{x}}{\mathrm{tan}\:\mathrm{x}−\mathrm{sec}\:\mathrm{x}}\:\mathrm{dx}\:=? \\ $$
Answered by Acem last updated on 12/Dec/22
$$\:\mathrm{tan}\:{x}\:−\:\mathrm{sec}\:{x}=\:{t}\:\:…..\:{m} \\ $$$$\:\mathrm{sec}\:{x}\:\left(\mathrm{sec}\:{x}−\:\mathrm{tan}\:{x}\right)\:{dx}=\:{dt} \\ $$$$\:\mathrm{sec}\:{x}\:{dx}=\:\frac{−{dt}}{{t}}\:\:…\:{i} \\ $$$$\:\ast\:\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \:{x}\:−\:\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:{x}=\:\mathrm{1}\:\Leftrightarrow\:\left(\mathrm{sec}\:{x}+\:\mathrm{tan}\:{x}\right)\:\left(\mathrm{sec}\:{x}−\:\mathrm{tan}\:{x}\right)=\mathrm{1} \\ $$$$\:\Rightarrow\:\mathrm{sec}\:{x}\:+\:\mathrm{tan}\:{x}=\:\frac{−\mathrm{1}}{{t}}\:\:\:\ast \\ $$$$\:\&\:\:\mathrm{sec}\:{x}\:−\:\mathrm{tan}\:{x}=\:−{t}\:\:\:\ast\ast^{\:{From}\:{m}} \\ $$$$\:{Sum}\:{stars}:\:\mathrm{sec}\:{x}=\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\frac{\mathrm{1}}{{t}}\:+\:{t}\right)\:…{ii}\:\:\:\: \\ $$$$\:{i},\:{ii}\:{in}\:{integ}.\::\:{I}=\:\int\:\frac{\mathrm{sec}\:{x}\:\mathrm{sec}\:{x}\:{dx}}{\mathrm{tan}\:{x}−\:\mathrm{sec}\:{x}}=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\:\frac{\left(\frac{\mathrm{1}}{{t}}\:+\:{t}\right)}{{t}^{\:\mathrm{2}} }\:{dt} \\ $$$$\:{I}=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\int\:\left(\frac{\mathrm{1}}{{t}}\:+\:\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{3}} }\right)\:{dt},\:\:{from}\:{m\begin{cases}{{m}=\mathrm{0}\:\:\::\:{t}=\:−\mathrm{1}}\\{{m}=\:\frac{\pi}{\mathrm{4}}\::\:{t}=\:\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{2}}\:\:}\end{cases}} \\ $$$$\:{a}=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\int_{−\mathrm{1}} ^{\:\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{2}}} \:\left(\frac{\mathrm{1}}{{t}}\:+\:\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{3}} }\right)\:{dt} \\ $$$$\:{a}=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\left[\mathrm{ln}\:\mid{t}\mid\:−\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\:{t}^{\mathrm{2}} }\right]\mid_{\:−\mathrm{1}} ^{\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{2}}} \:\:\:\approx\:−\:\mathrm{1}.\:\mathrm{648} \\ $$$$ \\ $$
Answered by FelipeLz last updated on 12/Dec/22
$$\:\:\:\:\:\mathrm{tan}\left({x}\right)\:=\:{u}\:\rightarrow\:{du}\:=\:\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({x}\right){dx} \\ $$$$\:\:\:\:\:{x}\:=\:\mathrm{0}\:\rightarrow\:{u}\:=\:\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\:{x}\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{4}}\:\rightarrow\:{u}\:=\:\mathrm{1} \\ $$$${I}\:=\underset{\mathrm{0}} {\overset{\pi/\mathrm{4}} {\int}}\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({x}\right)}{\mathrm{tan}\left({x}\right)−\mathrm{sec}\left({x}\right)}{dx}\:=\:\underset{\mathrm{0}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\frac{\mathrm{1}}{{u}−\sqrt{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}}{du}\:=\:\underset{\mathrm{0}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\frac{\mathrm{1}}{{u}−\sqrt{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}}×\frac{{u}+\sqrt{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}}{{u}+\sqrt{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}}{du}\:=\:\underset{\mathrm{0}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\frac{{u}+\sqrt{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}}{{u}^{\mathrm{2}} −{u}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{du}\:\: \\ $$$${I}\:=\:−\underset{\mathrm{0}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}{udu}−\underset{\mathrm{0}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\sqrt{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{du}\: \\ $$$${I}\:=\:−\underset{\mathrm{0}} {\overset{\pi/\mathrm{4}} {\int}}\mathrm{tan}\left({x}\right)\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({x}\right){dx}−\underset{\mathrm{0}} {\overset{\pi/\mathrm{4}} {\int}}\mathrm{sec}^{\mathrm{3}} \left({x}\right){dx} \\ $$$$\:\:\:\:\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\int\mathrm{tan}\left({x}\right)\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({x}\right){dx}\:=\:\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({x}\right)−\int\mathrm{tan}\left({x}\right)\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({x}\right){dx} \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{2}\int\mathrm{tan}\left({x}\right)\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({x}\right){dx}\:=\:\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({x}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\int\mathrm{tan}\left({x}\right)\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({x}\right){dx}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({x}\right) \\ $$$$\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\int\mathrm{sec}^{\mathrm{3}} \left({x}\right){dx}\:=\:\mathrm{sec}\left({x}\right)\mathrm{tan}\left({x}\right)−\int\mathrm{sec}\left({x}\right)\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \left({x}\right){dx}\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\int\mathrm{sec}^{\mathrm{3}} \left({x}\right){dx}\:=\:\mathrm{sec}\left({x}\right)\mathrm{tan}\left({x}\right)−\int\mathrm{sec}^{\mathrm{3}} \left({x}\right){dx}+\int\mathrm{sec}\left({x}\right){dx} \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{2}\int\mathrm{sec}^{\mathrm{3}} \left({x}\right){dx}\:=\:\mathrm{sec}\left({x}\right)\mathrm{tan}\left({x}\right)+\mathrm{ln}\mid\mathrm{sec}\left({x}\right)+\mathrm{tan}\left({x}\right)\mid \\ $$$$\:\:\:\:\:\int\mathrm{sec}^{\mathrm{3}} \left({x}\right){dx}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{sec}\left({x}\right)\mathrm{tan}\left({x}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\mid\mathrm{sec}\left({x}\right)+\mathrm{tan}\left({x}\right)\mid \\ $$$$\: \\ $$$${I}\:=\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left[\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({x}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\pi/\mathrm{4}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left[\mathrm{sec}\left({x}\right)\mathrm{tan}\left({x}\right)+\mathrm{ln}\mid\mathrm{sec}\left({x}\right)+\mathrm{tan}\left({x}\right)\mid\right]_{\mathrm{0}} ^{\pi/\mathrm{4}} \\ $$$${I}\:=\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left[\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}^{\mathrm{2}} \right]−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left[\sqrt{\mathrm{2}}×\mathrm{1}+\mathrm{ln}\mid\sqrt{\mathrm{2}}+\mathrm{1}\mid−\mathrm{1}×\mathrm{0}−\mathrm{ln}\mid\mathrm{1}+\mathrm{0}\mid\right] \\ $$$${I}\:=\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left[\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}+\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)\right] \\ $$
Answered by MJS_new last updated on 12/Dec/22
$$\int\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \:{x}}{\mathrm{tan}\:{x}\:−\mathrm{sec}\:{x}}{dx}=\int\frac{{dx}}{\mathrm{sin}\:\mathrm{2}{x}\:−\mathrm{2cos}\:{x}}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{t}=\mathrm{tan}\:\frac{{x}}{\mathrm{2}}\:\rightarrow\:{dx}=\frac{\mathrm{2}{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\right] \\ $$$$=\mathrm{2}\int\frac{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{\left({t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} \left({t}+\mathrm{1}\right)}{dt}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\left(\frac{\mathrm{1}}{{t}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{{t}+\mathrm{1}}\right){dt}+\int\frac{{t}+\mathrm{1}}{\left({t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }{dt}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\:\frac{{t}−\mathrm{1}}{{t}+\mathrm{1}}\:−\frac{{t}}{\left({t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{ln}\:\mid\mathrm{tan}\:{x}\:−\mathrm{sec}\:{x}\mid\:−\left(\mathrm{tan}\:{x}\:+\:\mathrm{sec}\:{x}\right)\mathrm{tan}\:{x}\right)+{C} \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{answer}\:\mathrm{is}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\:\left(−\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)\:−\frac{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}} \\ $$