Question Number 53112 by maxmathsup by imad last updated on 21/Jan/19
$${calculate}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \:\:\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2}{sinx}}{\mathrm{3}\:+\mathrm{2}{cosx}}{dx} \\ $$$${let}\:{A}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \:\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2}{sinx}}{\mathrm{3}\:+\mathrm{2}{cosx}}{dx}\:\:{changement}\:{tan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)={t}\:{give} \\ $$$${A}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\:\frac{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{4}{t}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{3}+\mathrm{2}\frac{\mathrm{1}−{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }}\:\frac{\mathrm{2}{dt}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }\:=\mathrm{2}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\:\:\frac{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{4}{t}}{\left(\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} \left(\frac{\mathrm{3}+\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}−\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }\right)}{dt} \\ $$$$=\mathrm{2}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\:\frac{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{t}\:+\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} \right)\left(\mathrm{5}+{t}^{\mathrm{2}} \right)}{dt}\:\:{let}\:{decompose}\:{F}\left({t}\right)=\frac{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{4}{t}+\mathrm{1}}{\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}\right)} \\ $$$${F}\left({t}\right)=\frac{{at}\:+{b}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:+\frac{{ct}\:+{d}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}\:\Rightarrow\left({at}+{b}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}\right)+\left({ct}+{d}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)\:={t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{4}{t}\:+\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$${at}^{\mathrm{3}} \:+\mathrm{5}{at}\:+{bt}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}{b}\:+{ct}^{\mathrm{3}} \:+{ct}\:+{dt}^{\mathrm{2}} \:+{d}\:={t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{4}{t}\:+\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$$\left({a}+{c}\right){t}^{\mathrm{3}} \:+\left({b}+{d}\right){t}^{\mathrm{2}} \:+\left(\mathrm{5}{a}+{c}\right){t}\:+\mathrm{5}{b}\:+{d}\:={t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{4}{t}\:+\mathrm{1}\:\Rightarrow{a}+{c}=\mathrm{0}\:{and}\:{b}+{d}=\mathrm{1}\:{and} \\ $$$$\mathrm{5}{a}+{c}\:=\mathrm{4}\:{and}\:\mathrm{5}{b}+{d}\:=\mathrm{1}\:\Rightarrow{c}=−{a}\:\Rightarrow{a}=\mathrm{1}\:\Rightarrow{c}=−\mathrm{1}\: \\ $$$${we}\:{have}\:{d}=\mathrm{1}−{b}\:\Rightarrow\mathrm{5}{b}\:+\mathrm{1}−{b}\:=\mathrm{1}\:\Rightarrow{b}=\mathrm{0}\:\Rightarrow{d}=\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$${F}\left({t}\right)=\frac{{t}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:+\frac{−{t}\:+\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}\:\:\Rightarrow\:{A}\:=\mathrm{2}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:{F}\left({t}\right){dt}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{2}{t}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}{dt}\:+\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{−\mathrm{2}{t}\:+\mathrm{2}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}{dt} \\ $$$$=\left[{ln}\left(\frac{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{+\infty} \:\:+\mathrm{2}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}\:={ln}\left(\mathrm{5}\right)\:+\:\mathrm{2}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}\:\:{but} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{5}}{dt}\:=_{{t}\:=\sqrt{\mathrm{5}}{u}\:} \:\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{\sqrt{\mathrm{5}}{du}}{\mathrm{5}\left(\mathrm{1}+{u}^{\mathrm{2}} \right)}\:=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{5}}}\:\left[{artanu}\right]_{\mathrm{0}} ^{+\infty} \:=\frac{\pi}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{5}}}\:\Rightarrow \\ $$$${A}\:={ln}\left(\mathrm{5}\right)\:+\frac{\pi}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{5}}}\:. \\ $$
Answered by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 19/Jan/19
$$\int\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}+\mathrm{2}{cosx}}{dx}+\int\frac{\mathrm{2}{sinx}}{\mathrm{3}+\mathrm{2}{cosx}}{dx} \\ $$$$\int\frac{\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{3}+\mathrm{3}{tan}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}+\mathrm{2}−\mathrm{2}{tan}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}{dx}−\int\frac{{d}\left(\mathrm{3}+\mathrm{2}{cosx}\right)}{\mathrm{3}+\mathrm{2}{cosx}} \\ $$$$\int\frac{{sec}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{5}+{tan}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}{dx}−{ln}\left(\mathrm{3}+\mathrm{2}{cosx}\right)+{c} \\ $$$$\mathrm{2}\int\frac{{d}\left({tan}\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{5}+{tan}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}−{do} \\ $$$$\mid\mathrm{2}×\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{5}}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{{tan}\frac{{x}}{\mathrm{2}}}{\:\sqrt{\mathrm{5}}}\right)−{ln}\left(\mathrm{3}+\mathrm{2}{cosx}\right)\mid_{\mathrm{0}} ^{\pi} \\ $$$$\left[\left\{\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{5}}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{{tan}\frac{\pi}{\mathrm{2}}}{\:\sqrt{\mathrm{5}}}\right)−{ln}\left(\mathrm{3}+\mathrm{2}{cos}\pi\right)\right\}−\left\{\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{5}}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{{tan}\mathrm{0}}{\:\sqrt{\mathrm{5}}}\right)−{ln}\left(\mathrm{3}+\mathrm{2}{cos}\mathrm{0}\right)\right\}\right] \\ $$$$=\left[\left\{\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{5}}}\left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}\right)−{ln}\left(\mathrm{3}−\mathrm{2}\right)\right\}−\left\{\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{5}}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{0}\right)−{ln}\mathrm{5}\right\}\right] \\ $$$$=\frac{\pi}{\:\sqrt{\mathrm{5}}}+{ln}\mathrm{5} \\ $$