Question Number 96956 by mathmax by abdo last updated on 05/Jun/20
$$\mathrm{calculate}\:\int_{−\infty} ^{\infty} \:\:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}}{\left(\mathrm{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }\mathrm{dx} \\ $$
Answered by MJS last updated on 06/Jun/20
$$\mathrm{Ostrogradski}\:\mathrm{leads}\:\mathrm{to} \\ $$$$\int\frac{{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}}{\left({x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }{dx}= \\ $$$$=−\frac{\mathrm{10}{x}^{\mathrm{3}} −\mathrm{15}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{22}{x}−\mathrm{7}}{\mathrm{6}\left({x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}}\int\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}}= \\ $$$$=−\frac{\mathrm{10}{x}^{\mathrm{3}} −\mathrm{15}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{22}{x}−\mathrm{7}}{\mathrm{6}\left({x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{10}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\mathrm{arctan}\:\frac{\sqrt{\mathrm{3}}\left(\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}\right)}{\mathrm{3}}\:+{C} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$$\underset{−\infty} {\overset{+\infty} {\int}}\frac{{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}}{\left({x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }{dx}=−\frac{\mathrm{10}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\pi \\ $$
Commented by abdomathmax last updated on 06/Jun/20
$$\mathrm{thankx}\:\mathrm{sir}\:\mathrm{mjs} \\ $$
Answered by abdomathmax last updated on 06/Jun/20
$$\mathrm{A}\:=\int_{−\infty} ^{+\infty} \:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}}{\left(\mathrm{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }\mathrm{dx}\:\mathrm{let}\:\varphi\left(\mathrm{z}\right)\:=\frac{\mathrm{z}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}}{\left(\mathrm{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} } \\ $$$$\mathrm{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{x}+\mathrm{1}\:=\mathrm{0}\:\rightarrow\Delta\:=−\mathrm{3}\:\Rightarrow\mathrm{x}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{1}+\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\:=\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \\ $$$$\mathrm{x}_{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}−\mathrm{i}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\:=\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \:\Rightarrow\varphi\left(\mathrm{z}\right)\:=\frac{\mathrm{z}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}}{\left(\mathrm{z}−\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{3}} \left(\mathrm{z}−\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{3}} } \\ $$$$\int_{−\infty} ^{+\infty} \:\varphi\left(\mathrm{z}\right)\mathrm{dz}\:=\mathrm{2i}\pi\:\mathrm{Res}\left(\varphi,\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \right) \\ $$$$\mathrm{Res}\left(\varphi,\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \right)\:=\mathrm{lim}_{\mathrm{z}\rightarrow\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} } \:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{3}−\mathrm{1}\right)!}\left\{\left(\mathrm{z}−\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{3}} \:\varphi\left(\mathrm{z}\right)\right\}^{\left(\mathrm{2}\right)} \\ $$$$=\mathrm{lim}_{\mathrm{z}\rightarrow\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} } \:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left\{\frac{\mathrm{z}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}}{\left(\mathrm{z}−\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{3}} }\right\}^{\left(\mathrm{2}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{lim}_{\mathrm{z}\rightarrow\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} } \:\:\left\{\:\frac{\mathrm{2z}\left(\mathrm{z}−\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{3}} \:−\mathrm{3}\left(\mathrm{z}−\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{z}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\right)}{\left(\mathrm{z}−\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{6}} }\right\}^{\left(\mathrm{1}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{lim}_{\mathrm{z}\rightarrow\mathrm{e}^{\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} } \:\:\left\{\frac{\mathrm{2z}\left(\mathrm{z}−\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \right)−\mathrm{3}\left(\mathrm{z}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\right)}{\left(\mathrm{z}−\mathrm{e}^{−\frac{\mathrm{i}\pi}{\mathrm{3}}} \right)^{\mathrm{4}} }\right\}^{\left(\mathrm{1}\right)} \\ $$$$….\mathrm{be}\:\mathrm{continued}…. \\ $$