Question Number 17377 by tawa tawa last updated on 04/Jul/17
$$\int\:\:\frac{\mathrm{cos}\left(\mathrm{x}\right)}{\mathrm{2}\:−\:\mathrm{cos}\left(\mathrm{x}\right)}\:\mathrm{dx} \\ $$
Answered by ajfour last updated on 05/Jul/17
$$\mathrm{cos}\:\mathrm{x}=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:\left(\mathrm{x}/\mathrm{2}\right)}{\mathrm{1}+\mathrm{tan}\:^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}/\mathrm{2}\right)}\:=\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{if}\:\mathrm{we}\:\mathrm{let}\:\mathrm{tan}\:\left(\mathrm{x}/\mathrm{2}\right)=\mathrm{t} \\ $$$$\:\mathrm{dt}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{sec}\:^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}/\mathrm{2}\right)\mathrm{dx}=\frac{\mathrm{1}+\mathrm{tan}\:^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}/\mathrm{2}\right)}{\mathrm{2}}\mathrm{dx} \\ $$$$\mathrm{dt}\:\:=\frac{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\mathrm{dx}\:\:\Rightarrow\:\:\mathrm{dx}=\frac{\mathrm{2dt}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{I}=\int\frac{\mathrm{cos}\:\mathrm{x}}{\mathrm{2}−\mathrm{cos}\:\mathrm{x}}\:\mathrm{dx}\:=\int\frac{\left(\frac{\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\right)}{\mathrm{2}−\left(\frac{\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\right)}\left(\frac{\mathrm{2dt}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\right) \\ $$$$=\int\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\left(\mathrm{2}+\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)}\mathrm{dt} \\ $$$$=\int\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{dt}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\left(\mathrm{3t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\mathrm{I}=\int\frac{\mathrm{A}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt}+\int\frac{\mathrm{B}}{\mathrm{3t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\mathrm{dt} \\ $$$$\mathrm{A}=\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{3t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\mid_{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} =−\mathrm{1}} =\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{B}=\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\mid_{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} =−\mathrm{1}/\mathrm{3}} \:=\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{4}/\mathrm{3}\right)}{\mathrm{10}/\mathrm{3}}=\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{5}} \\ $$$$\mathrm{I}=\int\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{15}}\int\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\left(\mathrm{1}/\sqrt{}\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:=\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \mathrm{t}+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{15}}×\sqrt{\mathrm{3}}\:\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{t}\sqrt{\mathrm{3}}\right)+\mathrm{C} \\ $$$$\mathrm{I}=\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{5}\sqrt{\mathrm{3}}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left[\sqrt{\mathrm{3}}\mathrm{tan}\:\left(\mathrm{x}/\mathrm{2}\right)\right]+\mathrm{C}. \\ $$
Commented by tawa tawa last updated on 05/Jul/17
$$\mathrm{God}\:\mathrm{bless}\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir}. \\ $$