Question Number 95584 by turbo msup by abdo last updated on 26/May/20
$${calculate}\:\int_{\mathrm{1}} ^{+\infty} \:\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{3}} \left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$\left.\mathrm{1}\right){without}\:{use}\:{of}\:{decomposition} \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right){by}\:{use}\:{of}\:{decomposition} \\ $$
Answered by MJS last updated on 26/May/20
$$\mathrm{Ostrogradski}\:\mathrm{leads}\:\mathrm{to} \\ $$$$\frac{\mathrm{960}{x}^{\mathrm{4}} +\mathrm{1200}{x}^{\mathrm{3}} +\mathrm{440}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{30}{x}−\mathrm{3}}{\mathrm{6}{x}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }+\mathrm{40}\int\frac{{dx}}{{x}\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{960}{x}^{\mathrm{4}} +\mathrm{1200}{x}^{\mathrm{3}} +\mathrm{440}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{30}{x}−\mathrm{3}}{\mathrm{6}{x}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }+\mathrm{40ln}\:\frac{{x}}{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}\:+{C} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$$\underset{\mathrm{1}} {\overset{+\infty} {\int}}\:\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{3}} \left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} }=\mathrm{40ln}\:\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\:−\frac{\mathrm{2627}}{\mathrm{162}} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 26/May/20
$$\mathrm{thank}\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir}\:\mathrm{mjs} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 26/May/20
$$\mathrm{A}\:=\int_{\mathrm{1}} ^{+\infty} \:\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{x}^{\mathrm{3}} \left(\mathrm{2x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} }\Rightarrow\mathrm{A}\:=\int_{\mathrm{1}} ^{+\infty} \:\frac{\mathrm{dx}}{\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2x}+\mathrm{1}}\right)^{\mathrm{3}} \left(\mathrm{2x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{7}} }\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{do}\:\mathrm{the}\:\mathrm{changement}\:\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2x}+\mathrm{1}}\:=\mathrm{t}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{x}\:=\mathrm{2tx}\:+\mathrm{t}\:\Rightarrow\left(\mathrm{1}−\mathrm{2t}\right)\mathrm{x}\:=\mathrm{t}\:\Rightarrow\mathrm{x}\:=\frac{\mathrm{t}}{\mathrm{1}−\mathrm{2t}}\:\Rightarrow\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}\:=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{2t}\:−\mathrm{t}\left(−\mathrm{2t}\right)}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{2t}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{2t}\right)^{\mathrm{2}} }\:\:\:\mathrm{and}\:\mathrm{2x}+\mathrm{1}\:=\frac{\mathrm{2t}}{\mathrm{1}−\mathrm{2t}}\:+\mathrm{1}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−\mathrm{2t}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{A}\:=\:\int_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \:\:\:\frac{\mathrm{dt}}{\left(\mathrm{2t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \:\mathrm{t}^{\mathrm{3}} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−\mathrm{2t}}\right)^{\mathrm{7}} }\:=−\int_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \:\frac{\left(\mathrm{2t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{7}} }{\left(\mathrm{2t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \:\mathrm{t}^{\mathrm{3}} }\mathrm{dt} \\ $$$$=−\int_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \:\:\frac{\left(\mathrm{2t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{5}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{3}} }\:\mathrm{dt}\:\:=−\int_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \:\frac{\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\mathrm{5}} \:\mathrm{C}_{\mathrm{5}} ^{\mathrm{k}} \left(\mathrm{2t}\right)^{\mathrm{k}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{5}−\mathrm{k}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{3}} }\mathrm{dt} \\ $$$$=\int_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \:\frac{\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\mathrm{5}} \:\mathrm{2}^{\mathrm{k}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} \:\mathrm{C}_{\mathrm{5}} ^{\mathrm{k}} \:\:\mathrm{t}^{\mathrm{k}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{3}} }\mathrm{dt} \\ $$$$=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\mathrm{5}} \:\mathrm{C}_{\mathrm{5}} ^{\mathrm{k}} \left(−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{k}} \:\:\int_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \:\mathrm{t}^{\mathrm{k}−\mathrm{3}} \:\mathrm{dt} \\ $$$$=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}\:\mathrm{and}\:\mathrm{k}\neq\mathrm{2}} ^{\mathrm{5}} \:\left(−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{k}} \:\mathrm{C}_{\mathrm{5}} ^{\mathrm{k}} \:\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{k}−\mathrm{2}}\mathrm{t}^{\mathrm{k}−\mathrm{2}} \right]_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \:\:+\mathrm{4}\:\mathrm{C}_{\mathrm{5}} ^{\mathrm{2}} \:\left[\mathrm{lnt}\right]_{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} ^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \\ $$$$=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}\:\mathrm{and}\:\mathrm{k}\neq\mathrm{2}} ^{\mathrm{5}} \:\left(−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{k}} \:\frac{\mathrm{C}_{\mathrm{5}} ^{\mathrm{k}} }{\mathrm{k}−\mathrm{2}}\left\{\:\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{k}−\mathrm{2}} −\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)^{\mathrm{k}−\mathrm{2}} \right\}+\mathrm{4C}_{\mathrm{5}} ^{\mathrm{2}} \left\{\mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)−\mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)\right\} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 27/May/20
$$\mathrm{thank}\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir}\:\mathrm{mjs} \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right)\:\mathrm{let}\:\mathrm{decompose}\:\mathrm{F}\left(\mathrm{x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{x}^{\mathrm{3}} \left(\mathrm{2x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} }\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \mathrm{F}\left(\mathrm{x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{x}^{\mathrm{3}} \left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{4}} }\:=\sum_{\mathrm{i}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{3}} \:\frac{\mathrm{a}_{\mathrm{i}} }{\mathrm{x}^{\mathrm{i}} }\:+\sum_{\mathrm{i}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{4}} \:\frac{\mathrm{b}_{\mathrm{i}} }{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{i}} } \\ $$$$\mathrm{a}_{\mathrm{i}} ?\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{find}\:\mathrm{D}_{\mathrm{2}} \left(\mathrm{0}\right)\mathrm{for}\:\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\:=\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{−\mathrm{4}} \\ $$$$\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)=\mathrm{f}\left(\mathrm{0}\right)\:+\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{1}!}\mathrm{f}^{'} \left(\mathrm{0}\right)\:+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}!}\mathrm{f}^{\left(\mathrm{2}\right)} \left(\mathrm{0}\right)\:+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}\xi\left(\mathrm{x}\right) \\ $$$$\mathrm{f}\left(\mathrm{0}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{−\mathrm{4}} }\:\:,\mathrm{f}^{'} \left(\mathrm{x}\right)\:=−\mathrm{4}\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{−\mathrm{5}} \:\Rightarrow\mathrm{f}^{'} \left(\mathrm{0}\right)\:=\frac{−\mathrm{4}}{\mathrm{2}^{−\mathrm{5}} } \\ $$$$\mathrm{f}^{\left(\mathrm{2}\right)} \left(\mathrm{x}\right)\:=\mathrm{20}\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{−\mathrm{6}} \:\Rightarrow\mathrm{f}^{\left(\mathrm{2}\right)} \left(\mathrm{0}\right)\:=\frac{\mathrm{20}}{\mathrm{2}^{−\mathrm{6}} }\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\:=\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \:−\mathrm{4}\:.\mathrm{2}^{\mathrm{5}} \:\mathrm{x}\:+\mathrm{10}\:.\mathrm{2}^{\mathrm{6}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \:+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}\xi\left(\mathrm{x}\right)\:\Rightarrow \\ $$$$\frac{\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)}{\mathrm{x}^{\mathrm{3}} }\:=\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{x}^{\mathrm{3}} }\:−\frac{\mathrm{4}.\mathrm{2}^{\mathrm{5}} }{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\:+\frac{\mathrm{10}.\mathrm{2}^{\mathrm{6}} }{\mathrm{x}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}!}\xi\left(\mathrm{x}\right)\:\Rightarrow\mathrm{a}_{\mathrm{1}} =\mathrm{10}.\mathrm{2}^{\mathrm{6}} \\ $$$$\mathrm{a}_{\mathrm{2}} =−\mathrm{4}.\mathrm{2}^{\mathrm{5}} \:\:\mathrm{and}\:\mathrm{a}_{\mathrm{3}} =\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \:\mathrm{let}\:\mathrm{find}\:\mathrm{b}_{\mathrm{i}} \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{determine}\:\mathrm{D}_{\mathrm{3}} \left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)\:\mathrm{for}\:\mathrm{g}\left(\mathrm{x}\right)\:=\mathrm{x}^{−\mathrm{3}} \\ $$$$\mathrm{g}\left(\mathrm{x}\right)\:=\mathrm{g}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+\frac{\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{1}!}\mathrm{g}^{'} \left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)\:+\frac{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}!}\mathrm{g}^{\left(\mathrm{2}\right)} \left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$+\frac{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{3}} }{\mathrm{3}!}\mathrm{g}^{\left(\mathrm{3}\right)} \left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+\frac{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{4}} }{\mathrm{4}!}\xi\left(\mathrm{x}\right) \\ $$$$\mathrm{g}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)=\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{−\mathrm{3}} \:,\mathrm{g}^{'} \left(\mathrm{x}\right)=−\mathrm{3x}^{−\mathrm{4}} \:\Rightarrow\mathrm{g}^{'} \left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)=−\mathrm{3}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{−\mathrm{4}} \\ $$$$\mathrm{g}^{\left(\mathrm{2}\right)} \left(\mathrm{x}\right)\:=\mathrm{12}\:\mathrm{x}^{−\mathrm{5}} \:\Rightarrow\mathrm{g}^{\left(\mathrm{2}\right)} \left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)\:=\mathrm{12}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{−\mathrm{5}} \\ $$$$\mathrm{g}^{\left(\mathrm{3}\right)} \left(\mathrm{x}\right)\:=−\mathrm{60}\:\mathrm{x}^{−\mathrm{6}} \:\Rightarrow\mathrm{g}^{\left(\mathrm{3}\right)} \left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)=−\mathrm{60}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{−\mathrm{6}} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{g}\left(\mathrm{x}\right)=\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{−\mathrm{3}} −\mathrm{3}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{−\mathrm{4}} \left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+\mathrm{6}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{−\mathrm{5}} \left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$−\mathrm{10}\:\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{−\mathrm{6}} \left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{3}} \:+\frac{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{4}} }{\mathrm{4}!}\xi\left(\mathrm{x}\right) \\ $$$$=−\mathrm{2}^{\mathrm{3}} \:−\mathrm{3}\:.\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)−\mathrm{6}\:.\mathrm{2}^{\mathrm{5}} \left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} \:−\mathrm{10}.\mathrm{2}^{\mathrm{6}} \left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{3}} \\ $$$$+\frac{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{4}} }{\mathrm{4}!}\xi\left(\mathrm{x}\right)\:\Rightarrow \\ $$$$\frac{\mathrm{g}\left(\mathrm{x}\right)}{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{4}} }\:=−\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{4}} }−\frac{\mathrm{3}.\mathrm{2}^{\mathrm{4}} }{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{6}.\mathrm{2}^{\mathrm{5}} }{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{10}.\mathrm{2}^{\mathrm{6}} }{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)}\:+..\Rightarrow \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{b}_{\mathrm{1}} =−\mathrm{10}.\mathrm{2}^{\mathrm{6}} \:,\mathrm{b}_{\mathrm{2}} =−\mathrm{6}.\mathrm{2}^{\mathrm{5}} \:,\:\mathrm{b}_{\mathrm{3}} =−\mathrm{3}.\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \:,\:\mathrm{b}_{\mathrm{4}} =−\mathrm{2}^{\mathrm{3}} \:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{2}^{\mathrm{4}} \:\mathrm{F}\left(\mathrm{x}\right)\:=\frac{\mathrm{10}.\mathrm{2}^{\mathrm{6}} }{\mathrm{x}}\:−\frac{\mathrm{4}.\mathrm{2}^{\mathrm{5}} }{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\:+\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{x}^{\mathrm{3}} }\:−\frac{\mathrm{10}.\mathrm{2}^{\mathrm{6}} }{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)}\:−\frac{\mathrm{6}.\mathrm{2}^{\mathrm{5}} }{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{3}.\mathrm{2}^{\mathrm{4}} }{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{3}} } \\ $$$$−\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{3}} }{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{4}} }\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{F}\left(\mathrm{x}\right)\:=\frac{\mathrm{10}.\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{x}}−\frac{\mathrm{4}.\mathrm{2}}{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{x}^{\mathrm{3}} }\:−\frac{\mathrm{10}.\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)}−\frac{\mathrm{6}.\mathrm{2}}{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{3}}{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{3}} } \\ $$$$−\frac{\mathrm{2}^{−\mathrm{1}} }{\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{4}} }\:\:\mathrm{now}\:\mathrm{its}\:\mathrm{eazy}\:\mathrm{to}\:\mathrm{find}\:\int_{\mathrm{1}} ^{+\infty} \:\mathrm{F}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}… \\ $$