Question Number 65052 by AnjanDey last updated on 24/Jul/19
$${A}.\mathrm{Evaluate}: \\ $$$$\left(\mathrm{i}\right)\int\frac{\mathrm{sin}\:{x}+\mathrm{cos}\:{x}}{\mathrm{9}+\mathrm{16sin}\:\mathrm{2}{x}}{dx} \\ $$$$\left(\mathrm{ii}\right)\int\frac{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} +{x}^{\mathrm{4}} }}{dx} \\ $$$$\left(\mathrm{iii}\right)\int\frac{{x}−\mathrm{1}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)\sqrt{{x}^{\mathrm{3}} +{x}+{x}^{\mathrm{2}} }}{dx} \\ $$
Answered by MJS last updated on 24/Jul/19
$$\left(\mathrm{i}\right) \\ $$$$\int\frac{\mathrm{sin}\:{x}\:+\mathrm{cos}\:{x}}{\mathrm{9}+\mathrm{16sin}\:\mathrm{2}{x}}{dx}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{t}=\mathrm{2arctan}\:{x}\:\rightarrow\:{dx}=\frac{\mathrm{2}{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\right] \\ $$$$=−\mathrm{2}\int\frac{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{t}−\mathrm{1}}{\left({t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{8}{t}+\mathrm{9}\right)\left(\mathrm{9}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{8}{t}+\mathrm{1}\right)}{dt}= \\ $$$$=−\mathrm{18}\int\frac{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{t}−\mathrm{1}}{\left({t}−\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{7}}\right)\left({t}−\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{7}}\right)\left(\mathrm{9}{t}+\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{7}}\right)\left(\mathrm{9}{t}+\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{7}}\right)}{dt}= \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{40}}\int\frac{{dt}}{{t}−\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{7}}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{40}}\int\frac{{dt}}{{t}−\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{7}}}+\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{40}}\int\frac{{dt}}{\mathrm{9}{t}+\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{7}}}+\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{40}}\int\frac{{dt}}{\mathrm{9}{t}+\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{7}}}= \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{40}}\mathrm{ln}\:\left({t}−\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{7}}\right)\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{40}}\mathrm{ln}\:\left({t}−\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{7}}\right)\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{40}}\mathrm{ln}\:\left(\mathrm{9}{t}+\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{7}}\right)\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{40}}\mathrm{ln}\:\left(\mathrm{9}{t}+\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{7}}\right)\:= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{40}}\mathrm{ln}\:\frac{\mathrm{81}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{72}{t}+\mathrm{9}}{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{8}{t}+\mathrm{9}}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{40}}\mathrm{ln}\:\mathrm{9}\frac{\mathrm{5}−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{cos}\:\left({x}+\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)}{\mathrm{5}+\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{cos}\:\left({x}+\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)}\:= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{40}}\mathrm{ln}\:\mid\frac{\mathrm{5}−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{cos}\:\left({x}+\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)}{\mathrm{5}+\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{cos}\:\left({x}+\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)}\mid\:+{C} \\ $$
Answered by MJS last updated on 24/Jul/19
$$\left(\mathrm{ii}\right) \\ $$$$\int\frac{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} +{x}^{\mathrm{4}} }}{dx}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{t}=\mathrm{2arctan}\:{x}\:\rightarrow\:{dx}=\frac{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}{dt}\right] \\ $$$$=\sqrt{\mathrm{2}}\int\frac{{dt}}{\mathrm{cos}\:{t}\:\sqrt{\mathrm{7}+\mathrm{cos}\:\mathrm{2}{t}}}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{u}=\mathrm{tan}\:{t}\:\rightarrow\:{dt}=\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:{t}\:{du}\right] \\ $$$$=\int\frac{{du}}{\:\sqrt{\mathrm{3}{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}}=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\mathrm{ln}\:\left(\sqrt{\mathrm{3}}{u}+\sqrt{\mathrm{3}{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}\right)\:= \\ $$$$=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\mathrm{ln}\:\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}\mathrm{sin}\:{t}\:+\sqrt{\mathrm{14}+\mathrm{2cos}\:\mathrm{2}{t}}}{\mathrm{2cos}\:{t}}\:= \\ $$$$=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\mathrm{ln}\:\left(\mathrm{2}\frac{\sqrt{\mathrm{3}}{x}+\sqrt{{x}^{\mathrm{4}} +{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}}{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }\right)\:= \\ $$$$=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\mathrm{ln}\:\mid\frac{\sqrt{\mathrm{3}}{x}+\sqrt{{x}^{\mathrm{4}} +{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}}{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }\mid\:+{C} \\ $$$$ \\ $$
Answered by Tanmay chaudhury last updated on 25/Jul/19
$$\left.\mathrm{1}\right)\int\frac{{sinx}+{cosx}}{\mathrm{9}+\mathrm{16}\left(\mathrm{1}−\mathrm{1}+{sin}\mathrm{2}{x}\right)} \\ $$$$\int\frac{{d}\left({sinx}−{cosx}\right)}{\mathrm{9}+\mathrm{16}−\mathrm{16}\left(\mathrm{1}−{sin}\mathrm{2}{x}\right)} \\ $$$$\int\frac{{d}\left({sinx}−{cosx}\right)}{\mathrm{25}−\mathrm{16}\left({sinx}−{cosx}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\int\frac{{d}\left({sinx}−{cosx}\right)}{\left(\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\right)^{\mathrm{2}} −\left({sinx}−{cosx}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}×\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}×\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}}×{ln}\left(\frac{\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}+\left({sinx}−{cosx}\right)}{\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}−\left({sinx}−{cosx}\right)}\right)+{c} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$
Answered by Tanmay chaudhury last updated on 25/Jul/19
$$\left.{ii}\right)\int\frac{\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{1}}{\left(\frac{\mathrm{1}}{{x}}−{x}\right)\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }}{dx} \\ $$$$\int\frac{{d}\left({x}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)}{−\left({x}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)\sqrt{\left({x}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{3}}} \\ $$$${x}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}=\frac{\mathrm{1}}{{k}} \\ $$$${d}\left({x}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)=−\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }{dk} \\ $$$$\int\frac{−{dk}}{{k}^{\mathrm{2}} ×\frac{−\mathrm{1}}{{k}}×\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{3}}} \\ $$$$\int\frac{{dk}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{3}{k}^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\int\frac{{dk}}{\:\sqrt{{k}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}×{ln}\left({k}+\sqrt{{k}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}}\:\right)+{c} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}{ln}\left[\left({x}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)+\sqrt{\left({x}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}}\:\right]+{c} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$