Question Number 146196 by mathmax by abdo last updated on 11/Jul/21
$$\mathrm{calculate}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\:\frac{\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{2x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} \left(\mathrm{x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{5}} } \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 12/Jul/21
$$\Psi=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{2x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} \left(\mathrm{x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{5}} }\:\Rightarrow\Psi=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{\mathrm{dx}}{\left(\frac{\mathrm{2x}+\mathrm{1}}{\mathrm{x}+\mathrm{3}}\right)^{\mathrm{4}} \left(\mathrm{x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{9}} } \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{do}\:\mathrm{the}\:\mathrm{changement}\:\frac{\mathrm{2x}+\mathrm{1}}{\mathrm{x}+\mathrm{3}}=\mathrm{t}\:\Rightarrow\mathrm{2x}+\mathrm{1}=\mathrm{tx}+\mathrm{3t}\:\Rightarrow\left(\mathrm{2}−\mathrm{t}\right)\mathrm{x}=\mathrm{3t}−\mathrm{1} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{x}=\frac{\mathrm{3t}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}−\mathrm{t}}\:\Rightarrow\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{3}\left(\mathrm{2}−\mathrm{t}\right)−\left(\mathrm{3t}−\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{1}\right)}{\left(\mathrm{2}−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{6}−\mathrm{3t}+\mathrm{3t}−\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{5}}{\left(\mathrm{2}−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{x}+\mathrm{3}=\frac{\mathrm{3t}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}−\mathrm{t}}+\mathrm{3}=\frac{\mathrm{3t}−\mathrm{1}+\mathrm{6}−\mathrm{3t}}{\mathrm{2}−\mathrm{t}}=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}−\mathrm{t}}\:\Rightarrow \\ $$$$\Psi=\int_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{2}} \:\frac{\mathrm{5}}{\left(\mathrm{2}−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{4}} \left(\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}−\mathrm{t}}\right)^{\mathrm{9}} }\mathrm{dt}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}^{\mathrm{8}} }\int_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{2}} \:\frac{\left(\mathrm{2}−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{7}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\mathrm{dt} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}^{\mathrm{8}} }\int_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{2}} \:\frac{\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\mathrm{7}} \:\mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{k}} \left(−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{k}} \:\mathrm{2}^{\mathrm{7}−\mathrm{k}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\mathrm{dt} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{7}} }{\mathrm{5}^{\mathrm{8}} }\int_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{2}} \:\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\mathrm{7}} \:\mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{k}} \:\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} \:\mathrm{t}^{\mathrm{k}−\mathrm{4}} \mathrm{2}^{−\mathrm{k}} \:\mathrm{dt} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{7}} }{\mathrm{5}^{\mathrm{8}} }\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\mathrm{7}} \:\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} \mathrm{2}^{−\mathrm{k}} \:\mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{k}} \:\int_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{2}} \:\mathrm{t}^{\mathrm{k}−\mathrm{4}} \:\mathrm{dt} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{7}} }{\mathrm{5}^{\mathrm{8}} }\left\{\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}\:\mathrm{and}\:\mathrm{k}\neq\mathrm{3}} ^{\mathrm{7}} \:\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{k}} \:\mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{k}} \:\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{k}−\mathrm{3}}\mathrm{t}^{\mathrm{k}−\mathrm{3}} \right]_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{2}} \:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{3}} \:\left[\mathrm{log}\mid\mathrm{t}\mid\right]_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{2}} \right\} \\ $$$$\Psi=\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{7}} }{\mathrm{5}^{\mathrm{8}} }\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0and}\:\mathrm{k}\neq\mathrm{3}} ^{\mathrm{7}} \:\:\:\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{k}} \:\frac{\mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{k}} }{\mathrm{k}−\mathrm{3}}\left(\mathrm{2}^{\mathrm{k}−\mathrm{3}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}^{\mathrm{k}−\mathrm{3}} }\right) \\ $$$$−\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{7}} }{\mathrm{8}.\mathrm{5}^{\mathrm{8}} }\mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{3}} \:\left(\mathrm{log2}+\mathrm{log3}\right) \\ $$
Answered by Olaf_Thorendsen last updated on 12/Jul/21
$$\mathrm{R}\left({x}\right)\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} \left({x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{5}} } \\ $$$$\mathrm{R}\left({x}\right)\:=\:\frac{\frac{\mathrm{32}}{\mathrm{3125}}}{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} }−\frac{\frac{\mathrm{32}}{\mathrm{3125}}}{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }+\frac{\frac{\mathrm{96}}{\mathrm{15625}}}{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$−\frac{\frac{\mathrm{224}}{\mathrm{78125}}}{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}+\frac{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{625}}}{\left({x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{5}} }+\frac{\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{3125}}}{\left({x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{4}} }+\frac{\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{3125}}}{\left({x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{3}} } \\ $$$$+\frac{\frac{\mathrm{32}}{\mathrm{15625}}}{\left({x}+\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{\frac{\mathrm{112}}{\mathrm{78125}}}{{x}+\mathrm{3}} \\ $$$$\int\mathrm{R}\left({x}\right){dx}\:=\:−\frac{\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{9375}}}{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }+\frac{\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{3125}}}{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$−\frac{\frac{\mathrm{48}}{\mathrm{15625}}}{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{112}}{\mathrm{78125}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)−\frac{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2500}}}{\left({x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$−\frac{\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{9375}}}{\left({x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{3}} }−\frac{\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3125}}}{\left({x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\frac{\mathrm{32}}{\mathrm{15625}}}{{x}+\mathrm{3}} \\ $$$$+\frac{\mathrm{112}}{\mathrm{78125}}\mathrm{ln}\left({x}+\mathrm{3}\right) \\ $$$$ \\ $$$$\Omega\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \mathrm{R}\left({x}\right){dx}\:=\:\frac{\mathrm{15593}}{\mathrm{5062500}}−\frac{\mathrm{112}}{\mathrm{78125}}\mathrm{ln6} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 12/Jul/21
$$\mathrm{thank}\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir}. \\ $$