Question Number 52649 by Tawa1 last updated on 10/Jan/19
$$\int\:\frac{\mathrm{4x}^{\mathrm{2}} \:+\:\mathrm{3}}{\left(\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \:+\:\mathrm{x}\:+\:\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:\mathrm{dx} \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 10/Jan/19
$${et}\:{I}\:=\int\:\:\frac{\mathrm{4}{x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{3}}{\left({x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{dx}\:\Rightarrow\:{I}\:=\int\:\frac{\mathrm{4}\left({x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}\right)−\mathrm{4}{x}−\mathrm{1}}{\left({x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{dx} \\ $$$$=\mathrm{4}\:\int\:\:\:\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+{x}\:+\mathrm{1}}\:−\int\:\:\:\frac{\mathrm{4}{x}+\mathrm{1}}{\left({x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{dx}\:=\mathrm{4}{H}\:−{K} \\ $$$${H}\:=\int\:\:\:\frac{{dx}}{\left({x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} \:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}}\:=_{{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}{tan}\theta} \:\:\:\int\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} \theta\right)}\:\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\:\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} \theta\right){d}\theta \\ $$$$=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\:\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}}\:\int\:\:{d}\theta\:=\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\:\theta\:+{c}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\:{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)\:+{c}_{\mathrm{1}} \\ $$$${we}\:{have}\:\left(\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}}\right)^{'} =−\frac{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}{\left({x}^{\mathrm{2}} \:+{x}\:+\mathrm{1}\right)}\:\Rightarrow \\ $$$$\int\:\:\:\frac{\mathrm{4}{x}+\mathrm{1}}{\left({x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\mathrm{2}\:\int\:\frac{\mathrm{2}{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}{\left({x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{dx}\:=\mathrm{2}\:\int\:\:\frac{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}{\left({x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{dx} \\ $$$$=\mathrm{2}\left\{−\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\int\:\:\:\frac{{dx}}{\left({x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\right\} \\ $$$$=\frac{−\mathrm{2}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}}\:−\int\:\:\frac{{dx}}{\left({x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:{but} \\ $$$$\int\:\:\frac{{dx}}{\left({x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\int\:\:\frac{{dx}}{\left(\left({x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} \:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\right)^{\mathrm{2}} }\:=_{{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}{tan}\theta} \:\:\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{9}}\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\:\int\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} \theta\right)^{\mathrm{2}} }\:\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} \theta\right){d}\theta \\ $$$$=\frac{\mathrm{8}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\:\int\:\:\frac{{d}\theta}{\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} \theta}\:=\frac{\mathrm{8}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\:\int\:\frac{\mathrm{1}+{cos}\left(\mathrm{2}\theta\right)}{\mathrm{2}}{d}\theta\:=\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\:\int\:\left(\mathrm{1}+{cos}\left(\mathrm{2}\theta\right)\right){d}\theta \\ $$$$=\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\:\theta\:\:\:+\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{18}}\:{sin}\left(\mathrm{2}\theta\right)\:=\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\:{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)\:+\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\:{sin}\left(\mathrm{2}{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)\right)+{c}_{\mathrm{2}} \:\Rightarrow \\ $$$${I}\:=\frac{\mathrm{8}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\:{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)\:+\frac{\mathrm{2}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+{x}+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\:{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)+\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\:{sin}\left(\mathrm{2}{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)\right)\:+{C} \\ $$
Commented by Tawa1 last updated on 10/Jan/19
$$\mathrm{God}\:\mathrm{bless}\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir} \\ $$