Question Number 33334 by prof Abdo imad last updated on 14/Apr/18
$${decompose}\:{F}\left({x}\right)=\:\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{{x}^{\mathrm{4}} \:−\mathrm{1}}\:{imside}\:{R}\left({x}\right)\: \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right)\:{find}\:{the}\:{value}\:{of}\:\:\:\:\int_{\mathrm{2}} ^{+\infty} \:\:\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{{x}^{\mathrm{4}} \:−\mathrm{1}}\:\:. \\ $$
Commented by prof Abdo imad last updated on 15/Apr/18
$$\left.\mathrm{2}\right)\:{find}\:{the}\:{value}\:{of}\:\int_{\mathrm{2}} ^{+\infty} \:\:\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{{x}^{\mathrm{4}} \:−\mathrm{1}}\:\:{dx}. \\ $$
Commented by prof Abdo imad last updated on 18/Apr/18
$${we}\:{have}\:{F}\left({x}\right)=\:\:\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\left({x}^{\mathrm{2}} \:−\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$=\frac{{x}^{\mathrm{2}} \:−\mathrm{1}\:+\mathrm{1}}{\left({x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)}\:=\:\:\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:\:+\:\frac{\mathrm{1}}{\left({x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)} \\ $$$${let}\:{decompose}\:{g}\left({x}\right)=\:\:\frac{\mathrm{1}}{\left({x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)} \\ $$$${g}\left({x}\right)\:=\:\:\frac{{a}}{{x}−\mathrm{1}}\:+\frac{{b}}{{x}+\mathrm{1}}\:\:+\:\frac{{cx}+{d}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}} \\ $$$${g}\left(−{x}\right)={g}\left({x}\right)\Leftrightarrow\:\frac{−{a}}{{x}+\mathrm{1}}\:\:\:+\frac{−{b}}{{x}−\mathrm{1}}\:\:+\frac{−{cx}\:+{d}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}} \\ $$$$\:=\:{g}\left({x}\right)\:\Rightarrow\:{b}=−{a}\:\:{and}\:{c}=\mathrm{0}\:\:\Rightarrow \\ $$$${g}\left({x}\right)=\:\frac{{a}}{{x}−\mathrm{1}}\:−\frac{{a}}{{x}+\mathrm{1}}\:\:+\:\frac{{d}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}} \\ $$$${g}\left(\mathrm{0}\right)\:=\:−\mathrm{1}\:=\:−\mathrm{2}{a}\:+{d}\:\:\Rightarrow\:\mathrm{2}{a}\:−{d}\:=\mathrm{1} \\ $$$${g}\left(\mathrm{2}\right)\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\:.\mathrm{5}}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{15}}\:=\:{a}\:−\frac{{a}}{\mathrm{3}}\:+\frac{{d}}{\mathrm{5}}\:=\:\frac{\mathrm{2}{a}}{\mathrm{3}}\:+\frac{{d}}{\mathrm{5}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{1}\:=\:\mathrm{10}{a}\:+\mathrm{3}{d}\:\:\Rightarrow\:\mathrm{10}{a}\:+\mathrm{3}\left(\mathrm{2}{a}−\mathrm{1}\right)\:=\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{16}{a}\:=\mathrm{4}\:\Rightarrow\:{a}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:{and}\:{d}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:−\mathrm{1}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${g}\left({x}\right)\:=\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left({x}−\mathrm{1}\right)}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left({x}+\mathrm{1}\right)}\:−\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)}\:\Rightarrow \\ $$$${F}\left({x}\right)=\:\:\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left({x}−\mathrm{1}\right)}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left({x}+\mathrm{1}\right)}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)} \\ $$$${F}\left({x}\right)=\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)}\:\:+\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left({x}−\mathrm{1}\right)}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left({x}+\mathrm{1}\right)} \\ $$
Commented by math khazana by abdo last updated on 19/Apr/18
$$\int_{\mathrm{2}} ^{+\infty} \:\:\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{{x}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}}{dx}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\int_{\mathrm{2}} ^{+\infty} \:\:\:\frac{{dx}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\:\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:\int_{\mathrm{2}} ^{+\infty} \:\left(\frac{\mathrm{1}}{{x}−\mathrm{1}}\:−\frac{\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{1}}\right){dx} \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left[\:{arctanx}^{} \right]_{\mathrm{2}} ^{+\infty} \:\:\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:\left[\:{ln}\mid\frac{{x}−\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{1}}\mid\right]_{\mathrm{2}} ^{+\infty} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\:\frac{\pi}{\mathrm{2}}\:−{arctan}\mathrm{2}\right)\:\:\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left(−{ln}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)\right) \\ $$$$=\frac{\pi}{\mathrm{4}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:{arctan}\left(\mathrm{2}\right)\:\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}{ln}\left(\mathrm{3}\right)\:\:. \\ $$