Question Number 107184 by bemath last updated on 09/Aug/20
$$\:\:\:\:\:\:\:@{bemath}@ \\ $$$$\underset{\mathrm{0}} {\overset{\mathrm{2}} {\int}}\:{x}\:\sqrt[{\mathrm{3}}]{\mathrm{8}−{x}^{\mathrm{3}} }\:{dx}\:=?\: \\ $$
Answered by john santu last updated on 09/Aug/20
Commented by john santu last updated on 09/Aug/20
$$\mathrm{typo}\:\mathrm{8v}\:=\:\mathrm{x}^{\mathrm{3}} \: \\ $$
Commented by bobhans last updated on 09/Aug/20
$$\mathrm{typo}\:\mathrm{the}\:\mathrm{last}\:\mathrm{line}\::\:\frac{\mathrm{16}\pi}{\mathrm{9}\sqrt{\mathrm{3}}}\: \\ $$
Commented by john santu last updated on 09/Aug/20
$$\mathrm{haha}…\mathrm{thanks} \\ $$
Answered by 1549442205PVT last updated on 12/Aug/20
$$ \\ $$$$\mathrm{Set}\:\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{x}^{\mathrm{3}} }−\mathrm{1}=\mathrm{t}^{\mathrm{3}} \Rightarrow\mathrm{3t}^{\mathrm{2}} \mathrm{dt}=−\frac{\mathrm{24}}{\mathrm{x}^{\mathrm{4}} }\mathrm{dx} \\ $$$$\Rightarrow\:^{\mathrm{3}} \sqrt{\mathrm{8}−\mathrm{x}^{\mathrm{3}} }\:=\mathrm{xt},\mathrm{dx}=−\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{4}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{dt}}{\mathrm{8}} \\ $$$$\:\Rightarrow\mathrm{F}=\int\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}.\mathrm{x}^{\mathrm{4}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} }{−\mathrm{8}}\mathrm{dt}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\int\:\mathrm{t}^{\mathrm{3}} \mathrm{x}^{\mathrm{6}} \mathrm{dt} \\ $$$$=\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\int\mathrm{t}^{\mathrm{3}} .\left(\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{3}} }\right)^{\mathrm{2}} \mathrm{dt}=−\mathrm{8}\int\frac{\mathrm{t}^{\mathrm{3}} }{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt} \\ $$$$=−\mathrm{8}\int\frac{\mathrm{t}^{\mathrm{3}} +\mathrm{1}−\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt}=−\mathrm{8}\int\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{3}} }−\mathrm{8}\int\frac{\mathrm{dt}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{3}} }=\frac{\mathrm{a}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}}+\frac{\mathrm{bt}+\mathrm{c}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}}\Leftrightarrow\frac{\left(\mathrm{a}+\mathrm{b}\right)\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\left(\mathrm{b}+\mathrm{c}−\mathrm{a}\right)\mathrm{t}+\mathrm{a}+\mathrm{c}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}\right)\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{3}} +\mathrm{1}} \\ $$$$\Leftrightarrow\begin{cases}{\mathrm{a}+\mathrm{b}=\mathrm{0}}\\{\mathrm{b}+\mathrm{c}−\mathrm{a}=\mathrm{0}}\\{\mathrm{a}+\mathrm{c}=\mathrm{1}}\end{cases}\:\Leftrightarrow\begin{cases}{\mathrm{a}=\mathrm{1}/\mathrm{3}}\\{\mathrm{b}=−\mathrm{1}/\mathrm{3}}\\{\mathrm{c}=\mathrm{2}/\mathrm{3}}\end{cases} \\ $$$$\mathrm{A}=\int\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{3}} }=\int\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{3}\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}\right)}−\int\frac{\left(\mathrm{t}−\mathrm{2}\right)\mathrm{dt}}{\mathrm{3}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\mathrm{lnt}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\int\frac{\mathrm{2t}−\mathrm{1}−\mathrm{3}}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)}\mathrm{dt}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\mathrm{lnt} \\ $$$$−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\int\frac{\mathrm{d}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{\mathrm{dt}}{\left(\mathrm{t}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} +\left(\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\mathrm{lnt}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{2x}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right) \\ $$$$\mathrm{B}=\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} }=\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{t}−\mathrm{2}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}}\right)\right]^{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{9B}=\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4t}+\mathrm{4}}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{t}−\mathrm{2}\right)}{\left(\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}−\mathrm{3t}+\mathrm{3}}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}}+\mathrm{2}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{t}−\mathrm{2}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{3}\left(\mathrm{t}−\mathrm{1}\right)}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{t}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{t}−\mathrm{2}\right)}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{t}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{3}\left(\mathrm{t}−\mathrm{1}\right)}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{2t}−\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}} \\ $$$$\int\frac{\mathrm{dt}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{3}} \right)^{\mathrm{2}} }=\int\left(\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{t}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{3}\left(\mathrm{t}−\mathrm{1}\right)}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{2t}−\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}}\right)\mathrm{dt} \\ $$$$=\int\frac{\mathrm{d}\left(\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)}{\left(\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }+\mathrm{2}\int\frac{\mathrm{d}\left(\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{t}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\int\frac{\mathrm{2t}−\mathrm{1}}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt}−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\int\frac{\mathrm{dt}}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }−\int\:\frac{\mathrm{d}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}+\mathrm{1}}+\mathrm{2ln}\left(\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)}−\mathrm{ln}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{I}_{\mathrm{2}} =\int\frac{\mathrm{dt}}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=\int\frac{\mathrm{d}\left(\mathrm{t}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)}{\left[\left(\mathrm{t}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} +\left(\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} \right]^{\mathrm{2}} }.\mathrm{Set}\:\mathrm{u}=\mathrm{t}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}},\mathrm{a}=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{I}_{\mathrm{2}} =\int\frac{\mathrm{du}}{\left(\mathrm{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{a}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2a}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}−\mathrm{1}\right)}.\frac{\mathrm{u}}{\left(\mathrm{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}−\mathrm{1}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }.\frac{\mathrm{2}.\mathrm{2}−\mathrm{3}}{\mathrm{2}.\mathrm{2}−\mathrm{2}}.\mathrm{I}_{\mathrm{1}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}.\frac{\mathrm{u}}{\left(\mathrm{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \right)}+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}}.\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{a}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}.\frac{\mathrm{t}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}.\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{2t}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{2t}−\mathrm{1}}{\mathrm{3}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{2t}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right) \\ $$$$\mathrm{Hence}, \\ $$$$\mathrm{9B}=\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{t}+\mathrm{1}}+\mathrm{2ln}\left(\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)}−\mathrm{ln}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{t}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)}+\mathrm{2ln}\frac{\mathrm{t}+\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}}−\mathrm{3I}_{\mathrm{2}} \\ $$$$=\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{t}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)}+\mathrm{2ln}\frac{\mathrm{t}+\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{2t}−\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{4}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{2t}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right) \\ $$$$\mathrm{F}=−\mathrm{8A}−\mathrm{8B}=−\mathrm{8}\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\mathrm{lnt}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{t}+\mathrm{1}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{2x}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)\right] \\ $$$$−\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{9}}\left[=\frac{−\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{t}}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}\left(\boldsymbol{\mathrm{t}}^{\mathrm{2}} −\boldsymbol{\mathrm{t}}+\mathrm{1}\right)}+\mathrm{2}\boldsymbol{\mathrm{ln}}\frac{\boldsymbol{\mathrm{t}}+\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{t}}^{\mathrm{2}} −\boldsymbol{\mathrm{t}}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{2}\boldsymbol{\mathrm{t}}−\mathrm{1}}{\boldsymbol{\mathrm{t}}^{\mathrm{2}} −\boldsymbol{\mathrm{t}}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{4}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\boldsymbol{\mathrm{tan}}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{2}\boldsymbol{\mathrm{t}}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)\right] \\ $$