Question Number 37893 by abdo mathsup 649 cc last updated on 19/Jun/18
$${calculate}\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \sqrt{{x}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}}\:{dx}\:. \\ $$
Commented by math khazana by abdo last updated on 21/Jun/18
$${let}\:\sqrt{{x}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}}\:\:={t}\:\Rightarrow{x}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}={t}^{\mathrm{2}} \:\Rightarrow \\ $$$$\sqrt{{x}+\mathrm{1}}={t}^{\mathrm{2}} \:−{x}\:\Rightarrow{x}+\mathrm{1}=\left({t}^{\mathrm{2}} −{x}\right)^{\mathrm{2}} \:\Rightarrow \\ $$$${x}={t}^{\mathrm{4}} \:−\mathrm{2}{xt}^{\mathrm{2}} \:+{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\:\Rightarrow{x}^{\mathrm{2}} \:−\left(\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right){x}\:+{t}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}=\mathrm{0}\Rightarrow \\ $$$$\Delta\:=\left(\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \:−\mathrm{4}\left({t}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}\right) \\ $$$$=\mathrm{4}{t}^{\mathrm{4}} \:+\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}−\mathrm{4}{t}^{\mathrm{4}} \:+\mathrm{4}\:=\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}\:\Rightarrow \\ $$$${x}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}}{\mathrm{2}} \\ $$$${x}_{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}\:\:{with}\:{condition}\:{t}\geqslant\mathrm{0}\:{andx}\geqslant−\mathrm{1} \\ $$$${and}\:{t}^{\mathrm{2}} −{x}\geqslant\mathrm{0} \\ $$$${t}^{\mathrm{2}} −{x}_{\mathrm{2}} ={t}^{\mathrm{2}} \:−\frac{\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}}{\mathrm{2}} \\ $$$$=\frac{−\mathrm{1}\:+\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}\:\geqslant\mathrm{0} \\ $$$${x}_{\mathrm{2}} +\mathrm{1}=\:\frac{\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}\:+\mathrm{1} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{3}\:−\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}\:\geqslant\mathrm{0}\:{so}\:{we}\:{take}\: \\ $$$${x}=\frac{\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow\frac{{dx}}{{dt}}=\mathrm{2}{t}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\frac{\mathrm{8}{t}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{5}}} \\ $$$$=\mathrm{2}{t}\:\:\:−\frac{\mathrm{2}{t}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{5}}}\:\Rightarrow \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \sqrt{{x}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}}{dx}=\:\int_{\mathrm{1}} ^{\sqrt{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}}} \:\:{t}\left(\:\mathrm{2}{t}−\frac{\mathrm{2}{t}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{5}}}\right){dt} \\ $$$$=\mathrm{2}\:\int_{\mathrm{1}} ^{\sqrt{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}}} {t}^{\mathrm{2}} {dt}\:\:−\mathrm{2}\:\int_{\mathrm{1}} ^{\sqrt{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}}} \:\:\frac{{t}^{\mathrm{2}} }{\:\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}}{dt} \\ $$$$=\mathrm{2}\left[\frac{{t}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}}\right]_{\mathrm{1}} ^{\sqrt{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}}} \:\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\int_{\mathrm{1}} ^{\sqrt{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}}} \:\:\frac{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}\:−\mathrm{5}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{5}}}{dt} \\ $$$$=\mathrm{2}\left(\:\left(\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)\sqrt{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\int_{\mathrm{1}} ^{\sqrt{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}}} \sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}\:{dt} \\ $$$$+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}\:\int_{\mathrm{1}} ^{\sqrt{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}}} \:\:\:\frac{{dt}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}}\:\:{changement} \\ $$$$\mathrm{2}{t}\:=\sqrt{\mathrm{5}}\:{sh}\left({x}\right)\:{give} \\ $$$$\int_{\mathrm{1}} ^{\sqrt{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}}} \:\:\sqrt{\mathrm{4}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}{dt}\:=\:\int_{{argsh}\left(\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{5}}}\right)} ^{{arsh}\left(\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{5}}}\sqrt{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}}\right)} \:\:\:\sqrt{\mathrm{5}}{ch}\left({x}\right)\frac{\sqrt{\mathrm{5}}}{\mathrm{2}}{chx}\:{dx} \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}\int_{\alpha} ^{\beta} \:\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}+{ch}\left(\mathrm{2}{x}\right)}{\mathrm{2}}{dx}=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\left(\beta−\alpha\right)\:+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\left[{sh}\left(\mathrm{2}{x}\right)\right]_{\alpha} ^{\beta} \\ $$$$=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\left(\beta−\alpha\right)\:+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\left({sh}\left(\mathrm{2}\beta\right)−{sh}\left(\mathrm{2}\alpha\right)\right)…. \\ $$
Answered by MJS last updated on 19/Jun/18
$$\int\sqrt{{x}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}}{dx}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\left[{t}=\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\:\rightarrow\:{dx}=\mathrm{2}\sqrt{{x}+\mathrm{1}}{dt}\right] \\ $$$$=\mathrm{2}\int{t}\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}−\mathrm{1}}{dt}= \\ $$$$=\int\left(\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}\right)\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}−\mathrm{1}}{dt}−\int\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}−\mathrm{1}}{dt}= \\ $$$$ \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\int\left(\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}\right)\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}−\mathrm{1}}{dt}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\left[{u}={t}^{\mathrm{2}} +{t}−\mathrm{1}\:\rightarrow\:{dt}=\frac{{du}}{\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}}\right] \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\int\sqrt{{u}}{du}=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\sqrt{{u}^{\mathrm{3}} }=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\sqrt{\left({t}^{\mathrm{2}} +{t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }= \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\sqrt{\left({x}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\right)^{\mathrm{3}} } \\ $$$$ \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\int\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}−\mathrm{1}}{dt}=\int\sqrt{\left({t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}}{dt}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\sqrt{\left(\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{5}}{dt}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\left[{v}=\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}\:\rightarrow\:{dt}=\frac{{dv}}{\mathrm{2}}\right] \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\int\sqrt{{v}^{\mathrm{2}} −\mathrm{5}}{dv}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left({v}\sqrt{{v}^{\mathrm{2}} −\mathrm{5}}−\mathrm{5ln}\left({v}+\sqrt{{v}^{\mathrm{2}} −\mathrm{5}}\right)\right)\right)= \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\left(\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}\right)\sqrt{\left(\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{5}}− \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}+\sqrt{\left(\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{5}}\right)= \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left(\mathrm{1}+\mathrm{2}\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\right)\sqrt{{x}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}}− \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{2}\sqrt{{x}+\mathrm{1}}+\mathrm{2}\sqrt{{x}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}}\right) \\ $$$$ \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{12}}\sqrt{{x}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}}\left(\mathrm{8}{x}−\mathrm{3}+\mathrm{2}\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\right)+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{2}\sqrt{{x}+\mathrm{1}}+\mathrm{2}\sqrt{{x}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}}\right)+{C} \\ $$
Commented by prof Abdo imad last updated on 19/Jun/18
$${thanks}\:\:{sir}\:{Mjs}\:{you}\:{are}\:{really}\:{talented}. \\ $$