Question Number 43904 by abdo.msup.com last updated on 17/Sep/18
$${calculate}\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{\left(\mathrm{1}+{x}\right)^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} −\mathrm{1}}{{x}\left(\mathrm{1}+{x}\right)^{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} }{dx} \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 19/Sep/18
$${changement}\:\left(\mathrm{1}+{x}\right)^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \:={t}\:{give}\:\mathrm{1}+{x}\:={t}^{\mathrm{3}} \:\Rightarrow \\ $$$${I}\:=\int_{\mathrm{1}} ^{+\infty} \:\:\frac{{t}−\mathrm{1}}{\left({t}^{\mathrm{3}} −\mathrm{1}\right){t}^{\mathrm{2}} }\:\:\left(\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} \right){dt}\:=\:\int_{\mathrm{1}} ^{+\infty} \:\:\frac{\mathrm{3}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+{t}\:+\mathrm{1}}{dt} \\ $$$$=\:\int_{\mathrm{1}} ^{+\infty} \:\:\:\:\frac{\mathrm{3}{dt}}{\left({t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} \:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}}\:=_{{t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}{u}} \:\:\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}}\:\int_{\sqrt{\mathrm{3}}} ^{+\infty} \:\:\:\:\:\frac{\mathrm{3}}{\left(\mathrm{1}+{u}^{\mathrm{2}} \right)}\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}{du} \\ $$$$=\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}\:\int_{\sqrt{\mathrm{3}}} ^{+\infty} \:\:\:\frac{{du}}{\mathrm{1}+{u}^{\mathrm{2}} }\:=\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}\left[{arctan}\left({u}\right)\right]_{\sqrt{\mathrm{3}}} ^{+\infty} \:=\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}\left\{\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\frac{\pi}{\mathrm{3}}\right\}=\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}.\frac{\pi}{\mathrm{6}} \\ $$$${I}\:=\:\frac{\pi\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\:. \\ $$
Answered by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 18/Sep/18
$$\mathrm{1}+{x}={t}^{\mathrm{3}} \:\:\:\:{dx}=\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} {dt} \\ $$$$\int_{\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{{t}−\mathrm{1}}{\left({t}^{\mathrm{3}} −\mathrm{1}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} \right)}{dt} \\ $$$$\int_{\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} \left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} \left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)}=\frac{{a}}{{t}}+\frac{{b}}{{t}^{\mathrm{2}} }+\frac{{ct}+{d}}{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{1}={at}\left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)+{b}\left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)+\left({ct}+{d}\right){t}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{1}={a}\left({t}^{\mathrm{3}} +{t}^{\mathrm{2}} +{t}\right)+{b}\left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)+\left({ct}^{\mathrm{3}} +{dt}^{\mathrm{2}} \right) \\ $$$$\mathrm{1}={t}^{\mathrm{3}} \left({a}+{c}\right)+{t}^{\mathrm{2}} \left({a}+{b}+{d}\right)+{t}\left({a}+{b}\right)+{b} \\ $$$${b}=\mathrm{1} \\ $$$${a}+{c}=\mathrm{0} \\ $$$${a}+\mathrm{1}+{d}=\mathrm{0} \\ $$$${a}+\mathrm{1}=\mathrm{0}\:\:\:{a}=−\mathrm{1} \\ $$$${c}=\mathrm{1} \\ $$$$−\mathrm{1}+\mathrm{1}+{d}=\mathrm{0}\:\:\:{d}=\mathrm{0} \\ $$$${a}=−\mathrm{1}\:\:\:{b}=\mathrm{1}\:\:\:{c}=\mathrm{1}\:\:\:{d}=\mathrm{0} \\ $$$$\int_{\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} \left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)}=\int_{\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{−\mathrm{1}}{{t}}{dt}+\int_{\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} }{dt}+\int_{\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{{t}}{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}{dt} \\ $$$$=\mid−{lnt}\mid_{\mathrm{1}} ^{\infty} +\mid\left(\frac{−\mathrm{1}}{{t}}\right)\mid_{\mathrm{1}} ^{\infty} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}−\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}{dt} \\ $$$$=\left(−{ln}\infty\right)+\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{{d}\left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)}{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}.{t}.\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}} \\ $$$$=\left(−{ln}\infty\right)+\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mid{ln}\left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)\mid_{\mathrm{1}} ^{\infty} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{{dt}}{\left({t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} +\left(\frac{\sqrt{\mathrm{3}}\left[\right.}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\left(−{ln}\infty\right)+\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left(\infty\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\mathrm{3}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\frac{\mathrm{1}}{\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}}\mid{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{{t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}{\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}}\right)\mid_{\mathrm{1}} ^{\infty} \\ $$$$=\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\infty\right)+\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\mathrm{3}−\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\left(\frac{\Pi}{\mathrm{2}}−\frac{\Pi}{\mathrm{3}}\right) \\ $$$$=\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\infty\right)+\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\mathrm{3}−\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\left(\frac{\Pi}{\mathrm{6}}\right) \\ $$