Question Number 82433 by mathmax by abdo last updated on 21/Feb/20
$$\left.\mathrm{1}\right){decompose}\:{inside}\:{C}\left({x}\right){and}\:{R}\left({x}\right)\:{F}=\frac{\mathrm{1}}{\left({x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right){calculate}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{{dx}}{\left({x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 24/Feb/20
$${x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}\:=\mathrm{0}\rightarrow\Delta\:=\mathrm{1}−\mathrm{4}=−\mathrm{3}\:\Rightarrow{z}_{\mathrm{1}} =\frac{−\mathrm{1}+{i}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\:={e}^{{i}\frac{\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \\ $$$${z}_{\mathrm{2}} ={e}^{−\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \:\Rightarrow{F}\:=\frac{\mathrm{1}}{\left({x}−{e}^{\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{2}} \left({x}−{e}^{−\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{2}} }\:=\frac{{a}}{{x}−{e}^{\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} }+\frac{{b}}{\left({x}−{e}^{\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$+\frac{{c}}{\left({x}−{e}^{−{i}\frac{\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \right)}\:+\frac{{d}}{\left({x}−{e}^{−{i}\frac{\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${b}\:=\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{isin}\left(\frac{\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}\right)\right)^{\mathrm{2}} }\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}{i}\left(\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} }\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{i}} \\ $$$${d}=\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{isin}\left(\frac{\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}\right)\right)^{\mathrm{2}} }=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{i}}\:\Rightarrow{F}\left({x}\right)=\frac{{a}}{\left({x}−{e}^{\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{i}\left({x}−{e}^{\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$+\frac{{c}}{{x}−{e}^{−\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} }\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{i}\left({x}−{e}^{−\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${lim}_{{x}\rightarrow+\infty} {xF}\left({x}\right)=\mathrm{0}\:={a}+{c}\:\Rightarrow{c}=−{a} \\ $$$${F}\left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{1}\:=−{ae}^{−\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{i}}{e}^{−\frac{{i}\mathrm{4}\pi}{\mathrm{3}}} +{ae}^{\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{i}}{e}^{\frac{{i}\mathrm{4}\pi}{\mathrm{3}}} \\ $$$$=\mathrm{2}{ia}\:{sin}\left(\frac{\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{i}}\left(\mathrm{2}{cos}\left(\frac{\mathrm{4}\pi}{\mathrm{3}}\right)\right)=\mathrm{2}{ia}\:×\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}{i}}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$={ai}\sqrt{\mathrm{3}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{i}}\:={ai}\sqrt{\mathrm{3}}−\frac{{i}}{\mathrm{3}}=\mathrm{1}\:\Rightarrow{ai}\sqrt{\mathrm{3}}=\mathrm{1}+\frac{{i}}{\mathrm{3}}\:\Rightarrow \\ $$$${a}=\frac{\mathrm{1}}{{i}\sqrt{\mathrm{3}}}\left(\mathrm{1}+\frac{{i}}{\mathrm{3}}\right)=\frac{\mathrm{1}}{{i}\sqrt{\mathrm{3}}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}−\frac{{i}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\:{and}\:{c}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}+\frac{{i}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\:\Rightarrow \\ $$$${F}\left({x}\right)=\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}−\frac{{i}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)×\frac{\mathrm{1}}{{x}−{e}^{\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} }\:+\frac{{i}}{\mathrm{3}\left({x}−{e}^{\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{2}} }−\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}−\frac{{i}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)×\frac{\mathrm{1}}{{x}−{e}^{−\frac{{i}\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} } \\ $$$$+\frac{{i}}{\mathrm{3}\left({x}−{e}^{−{i}\frac{\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$ \\ $$