Question Number 84578 by msup trace by abdo last updated on 14/Mar/20
$${calculate}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \:\:\frac{{dx}}{\left({cosx}\:+\mathrm{3}{sinx}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$
Commented by jagoll last updated on 14/Mar/20
$$\int\underset{\mathrm{0}} {\overset{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} {\:}}\frac{\:\mathrm{dx}}{\left(\sqrt{\mathrm{10}}\:\mathrm{cos}\:\left(\mathrm{x}−\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)\right)^{\mathrm{2}} \right.} \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{10}}\:\int\underset{\mathrm{0}} {\overset{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} {\:}}\:\mathrm{sec}\:^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}−\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)\right)\mathrm{dx} \\ $$$$\left.=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{10}}\:\mathrm{tan}\:\left(\mathrm{x}−\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)\right)\right]\:_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{10}}\:\left[\mathrm{tan}\:\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}−\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)\right)−\mathrm{tan}\:\left(−\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)\right)\right] \\ $$$$ \\ $$
Commented by jagoll last updated on 14/Mar/20
$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{10}}\:\left[\frac{\mathrm{1}−\mathrm{3}}{\mathrm{1}+\mathrm{3}}\:+\mathrm{3}\:\right]\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{10}}\:\left[\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}\right]\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}} \\ $$
Commented by abdomathmax last updated on 14/Mar/20
$${let}\:{f}\left({a}\right)=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \:\:\frac{{dx}}{{a}\:+{cosx}\:+\mathrm{3}{sinx}}\:\Rightarrow \\ $$$${f}^{'} \left({a}\right)=−\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \:\frac{{dx}}{\left({a}\:+{cosx}\:+\mathrm{3}{sinx}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \:\frac{{dx}}{\left({cosx}\:+\mathrm{3}{sinx}\right)^{\mathrm{2}} }=−{f}^{'} \left(\mathrm{0}\right)\:{let}\:{explicit}\:{f}\left({a}\right) \\ $$$${f}\left({a}\right)\:=_{{tan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)={t}} \:\:\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \:\:\:\frac{\mathrm{1}}{{a}+\frac{\mathrm{1}−{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{3}\frac{\mathrm{2}{t}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }}\frac{\mathrm{2}{dt}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \:\:\:\frac{\mathrm{2}{dt}}{{a}\left(\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} \right)+\mathrm{1}−{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{6}{t}} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \:\:\frac{{dt}}{\left({a}−\mathrm{1}\right){t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{6}{t}\:+{a}+\mathrm{1}} \\ $$$$\Delta^{'} =\mathrm{9}−\left({a}−\mathrm{1}\right)\left({a}+\mathrm{1}\right)\:=\mathrm{9}−\left({a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)=\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} \\ $$$${t}_{\mathrm{1}} =\frac{−\mathrm{3}+\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}{{a}−\mathrm{1}}\:\:{and}\:{t}_{\mathrm{2}} =\frac{−\mathrm{3}−\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}{{a}−\mathrm{1}}\:\:\:\left({a}\neq\mathrm{1}\right) \\ $$$${f}\left({a}\right)\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \:\:\frac{\mathrm{2}{dt}}{\left({a}−\mathrm{1}\right)\left({t}−{t}_{\mathrm{1}} \right)\left({t}−{t}_{\mathrm{2}} \right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{{a}−\mathrm{1}}\:\frac{\mathrm{1}}{{t}_{\mathrm{1}} −{t}_{\mathrm{2}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \left\{\frac{\mathrm{1}}{{t}−{t}_{\mathrm{1}} }−\frac{\mathrm{1}}{{t}−{t}_{\mathrm{2}} }\right\}{dt} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{{a}−\mathrm{1}}×\frac{\mathrm{1}}{\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}{{a}−\mathrm{1}}}\left[{ln}\mid\frac{{t}−{t}_{\mathrm{1}} }{{t}−{t}_{\mathrm{2}} }\mid\right]_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}\left\{{ln}\mid\frac{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}−{t}_{\mathrm{1}} }{\:\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}−{t}_{\mathrm{2}} }\mid−{ln}\mid\frac{{t}_{\mathrm{1}} }{{t}_{\mathrm{2}} }\mid\right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}\left\{{ln}\mid\frac{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}−\frac{−\mathrm{3}+\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}{{a}−\mathrm{1}}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}+\frac{\mathrm{3}+\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}{{a}−\mathrm{1}}}\mid\right. \\ $$$$−{ln}\mid\frac{−\mathrm{3}+\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}{−\mathrm{3}−\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}\mid \\ $$
Commented by abdomathmax last updated on 14/Mar/20
$${f}\left({a}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}\left\{{ln}\mid\frac{\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)\left({a}−\mathrm{1}\right)+\mathrm{3}−\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}{\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)\left({a}−\mathrm{1}\right)+\mathrm{3}+\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}\mid\right. \\ $$$$−{ln}\mid\frac{\mathrm{3}−\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{3}+\sqrt{\mathrm{10}−{a}^{\mathrm{2}} }}\mid\:{rest}\:{calculus}\:{of}\:{f}^{'} \left({a}\right)\:{and}\:{f}^{'} \left(\mathrm{0}\right) \\ $$$$… \\ $$