Question Number 119762 by mathmax by abdo last updated on 26/Oct/20
$$\mathrm{calculate}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{4}} \mathrm{dx}}{\left(\mathrm{2x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{5}} \left(\mathrm{3x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{8}} } \\ $$
Answered by Olaf last updated on 26/Oct/20
$$\frac{\mathrm{5319686}}{\mathrm{105}}+\mathrm{124952ln}\left(\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\right) \\ $$$$ \\ $$$$…\:\mathrm{The}\:\mathrm{calculous}\:\mathrm{is}\:\mathrm{very}\:\mathrm{long}\:! \\ $$$$\mathrm{R}\left({x}\right)\:=\:\frac{{x}^{\mathrm{4}} }{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{5}} \left(\mathrm{3}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{8}} } \\ $$$$\mathrm{R}\left({x}\right)\:=\:\frac{\mathrm{16}}{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{5}} }+\frac{\mathrm{320}}{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} }+\frac{\mathrm{3744}}{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} } \\ $$$$+\frac{\mathrm{37344}}{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{249904}}{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{3}}{\left(\mathrm{3}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{8}} } \\ $$$$−\frac{\mathrm{42}}{\left(\mathrm{3}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{7}} }+\frac{\mathrm{318}}{\left(\mathrm{3}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{6}} }−\frac{\mathrm{1752}}{\left(\mathrm{3}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{5}} } \\ $$$$+\frac{\mathrm{7923}}{\left(\mathrm{3}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} }−\frac{\mathrm{31326}}{\left(\mathrm{3}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{112404}}{\left(\mathrm{3}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$−\frac{\mathrm{374856}}{\mathrm{3}{x}+\mathrm{1}} \\ $$$$… \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 26/Oct/20
$$\mathrm{thanks}\:\mathrm{sir} \\ $$
Answered by MJS_new last updated on 26/Oct/20
$$\mathrm{method}\:\left(\mathrm{1}\right)\:\mathrm{decomposition} \\ $$$$\mathrm{method}\:\left(\mathrm{2}\right)\:\mathrm{Ostrogradski} \\ $$$$\mathrm{both}\:\mathrm{are}\:\mathrm{long}… \\ $$$$\mathrm{method}\:\left(\mathrm{3}\right) \\ $$$$\int\frac{{x}^{\mathrm{4}} }{\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{5}} \left(\mathrm{3}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{8}} }{dx}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{t}=\frac{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}{\mathrm{3}{x}+\mathrm{1}}\:\rightarrow\:{dx}=−\left(\mathrm{3}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} {dt}\right] \\ $$$$=−\int\frac{\left({t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} \left(\mathrm{3}{t}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}} }{{t}^{\mathrm{5}} }{dt} \\ $$$$\mathrm{this}\:\mathrm{seems}\:\mathrm{easier}\:\mathrm{to}\:\mathrm{me}… \\ $$$$\frac{\left({t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} \left(\mathrm{3}{t}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}} }{{t}^{\mathrm{5}} }= \\ $$$$=\mathrm{2187}{t}^{\mathrm{6}} −\mathrm{18954}{t}^{\mathrm{5}} +\mathrm{74358}{t}^{\mathrm{4}} −\mathrm{174312}{t}^{\mathrm{3}} + \\ $$$$\:\:\:\:\:+\mathrm{271323}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{294462}{t}−\frac{\mathrm{124952}}{{t}}+\frac{\mathrm{47888}}{{t}^{\mathrm{2}} }− \\ $$$$\:\:\:\:\:−\frac{\mathrm{12192}}{{t}^{\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{1856}}{{t}^{\mathrm{4}} }−\frac{\mathrm{128}}{{t}^{\mathrm{5}} }+\mathrm{227388} \\ $$$$\mathrm{and}\:\mathrm{these}\:\mathrm{are}\:\mathrm{easy}\:\mathrm{to}\:\mathrm{integrate} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 27/Oct/20
$$\mathrm{thank}\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir}\:\mathrm{mjs} \\ $$
Commented by MJS_new last updated on 27/Oct/20
$$\mathrm{as}\:\mathrm{always},\:\mathrm{you}\:\mathrm{are}\:\mathrm{welcome} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 27/Oct/20
$$\mathrm{let}\:\mathrm{I}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{4}} }{\left(\mathrm{2x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{5}} \left(\mathrm{3x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{8}} }\mathrm{dx}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{I}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{4}} }{\left(\frac{\mathrm{2x}+\mathrm{1}}{\mathrm{3x}+\mathrm{1}}\right)^{\mathrm{5}} \left(\mathrm{3x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{13}} }\mathrm{dx}\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{do}\:\mathrm{the}\:\mathrm{chang}.\frac{\mathrm{2x}+\mathrm{1}}{\mathrm{3x}+\mathrm{1}}\:=\mathrm{t}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{2x}+\mathrm{1}\:=\mathrm{3tx}+\mathrm{t}\:\Rightarrow\left(\mathrm{2}−\mathrm{3t}\right)\mathrm{x}=\mathrm{t}−\mathrm{1}\:\Rightarrow\mathrm{x}\:=\frac{\mathrm{t}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}−\mathrm{3t}}\:\Rightarrow \\ $$$$\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{2}−\mathrm{3t}−\left(\mathrm{t}−\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{3}\right)}{\left(\mathrm{2}−\mathrm{3t}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{2}−\mathrm{3t}+\mathrm{3t}−\mathrm{3}}{\left(\mathrm{2}−\mathrm{3t}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{−\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}−\mathrm{3t}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{3x}+\mathrm{1}\:=\frac{\mathrm{3t}−\mathrm{3}}{\mathrm{2}−\mathrm{3t}}+\mathrm{1}\:=\frac{\mathrm{3t}−\mathrm{3}+\mathrm{2}−\mathrm{3t}}{\mathrm{2}−\mathrm{3t}}=\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{2}−\mathrm{3t}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{I}\:=\int_{\mathrm{1}} ^{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} \:\frac{\left(\mathrm{t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} }{\left(\mathrm{2}−\mathrm{3t}\right)^{\mathrm{4}} }×\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{5}} \left(\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{2}−\mathrm{3t}}\right)^{\mathrm{13}} }×\frac{−\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}−\mathrm{3t}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt} \\ $$$$=\int_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \:\:\:\:\:\frac{\left(\mathrm{t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} }{\left(\mathrm{2}−\mathrm{3t}\right)^{\mathrm{6}} \mathrm{t}^{\mathrm{5}} }×\left(\mathrm{3t}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{13}} \:\mathrm{dt} \\ $$$$=\int_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \:\:\frac{\left(\mathrm{t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} \left(\mathrm{3t}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{5}} }\mathrm{dt}\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{have} \\ $$$$\left(\mathrm{t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} \:=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\mathrm{4}} \:\mathrm{C}_{\mathrm{4}} ^{\mathrm{k}} \:\mathrm{t}^{\mathrm{k}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} =\mathrm{1}−\mathrm{C}_{\mathrm{4}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{t}\:+\mathrm{C}_{\mathrm{4}} ^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{C}_{\mathrm{4}} ^{\mathrm{3}} \mathrm{t}^{\mathrm{3}} \:+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} \\ $$$$=\mathrm{1}−\mathrm{4t}+\mathrm{6t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4t}^{\mathrm{3}} +\mathrm{t}^{\mathrm{4}} \:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{I}\:=\int_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{5}} }−\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }+\frac{\mathrm{6}}{\mathrm{t}^{\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}}\right)\left(\mathrm{3t}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}} \mathrm{dt} \\ $$$$=\int_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\left(\mathrm{3t}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{5}} }\mathrm{dt}−\mathrm{4}\int_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \frac{\left(\mathrm{3t}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\:+\mathrm{6}\int_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\left(\mathrm{3t}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{3}} }\mathrm{dt}−\mathrm{4}\int_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\left(\mathrm{3t}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$+\int_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\left(\mathrm{3t}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}} }{\mathrm{t}}\mathrm{dt}\:\:\mathrm{those}\:\mathrm{integrals}\:\mathrm{can}\:\mathrm{be}\:\mathrm{calculsted}\:\mathrm{by}\:\mathrm{binome}\:\mathrm{formula} \\ $$$$\int_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\left(\mathrm{3t}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{5}} }\mathrm{dt}\:=\int_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \frac{\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\mathrm{7}} \mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{k}} \left(\mathrm{3t}\right)^{\mathrm{k}} \left(−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}−\mathrm{k}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{5}} }\mathrm{dt} \\ $$$$=\int_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \:\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\mathrm{7}} \mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{k}} \mathrm{3}^{\mathrm{k}} \left(−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}−\mathrm{k}} \mathrm{t}^{\mathrm{k}−\mathrm{5}} \mathrm{dt} \\ $$$$=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}\:\mathrm{and}\:\mathrm{k}\neq\mathrm{4}} ^{\mathrm{7}} \:\mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{k}} \:\mathrm{3}^{\mathrm{k}} \left(−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}−\mathrm{k}} \:\:\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{k}−\mathrm{4}}\mathrm{t}^{\mathrm{k}−\mathrm{4}} \right]_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \:\:+\mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{4}} \:\mathrm{3}^{\mathrm{4}} \left(−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{3}} \left[\mathrm{ln}\mid\mathrm{t}\mid\right]_{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}} ^{\mathrm{1}} \\ $$$$=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}\:\mathrm{and}\:\mathrm{k}\neq\mathrm{4}} ^{\mathrm{7}} \:\frac{\mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{k}} \:\mathrm{3}^{\mathrm{k}} \left(−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{7}−\mathrm{k}} }{\mathrm{k}−\mathrm{4}}\left(\mathrm{1}−\left(\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\right)^{\mathrm{k}−\mathrm{4}} \right)−\mathrm{C}_{\mathrm{7}} ^{\mathrm{4}} \:\mathrm{3}^{\mathrm{4}} \left(−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{3}} \mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\right) \\ $$$$…. \\ $$$$ \\ $$