Question Number 103825 by mohammad17 last updated on 17/Jul/20
$$\int\:\frac{{dx}}{\left(\mathrm{1}−{sinx}\right)^{\mathrm{2}} }\:? \\ $$
Answered by ~blr237~ last updated on 17/Jul/20
$$\:\int\:\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2}{sinx}+\left(\mathrm{1}−{cos}^{\mathrm{2}} {x}\right)}{{cos}^{\mathrm{4}} {x}}{dx} \\ $$$$\int\:\left[\:\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right)+\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right){tan}^{\mathrm{2}} {x}\:+\frac{\mathrm{2}{sinx}}{\left({cosx}\right)^{\mathrm{4}} }\:−\frac{\mathrm{1}}{{cos}^{\mathrm{2}} {x}}\right){dx} \\ $$
Commented by mohammad17 last updated on 17/Jul/20
$${how}\:{this}\:{sir} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 17/Jul/20
$$\mathrm{let}\:\mathrm{f}\left(\mathrm{a}\right)\:=\int\:\:\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{a}−\mathrm{sinx}}\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\mathrm{f}^{'} \left(\mathrm{a}\right)\:=−\int\:\:\frac{\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{a}−\mathrm{sinx}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow \\ $$$$\int\:\frac{\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{a}−\mathrm{sinx}\right)^{\mathrm{2}} }\:=−\mathrm{f}^{'} \left(\mathrm{a}\right)\:\mathrm{and}\:\int\:\frac{\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sinx}\right)^{\mathrm{2}} }\:=−\mathrm{f}^{'} \left(\mathrm{1}\right)\:\mathrm{let}\:\mathrm{explicite}\:\mathrm{f}\left(\mathrm{a}\right) \\ $$$$\mathrm{changement}\:\mathrm{tan}\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\right)=\mathrm{t}\:\mathrm{give}\:\mathrm{f}\left(\mathrm{a}\right)\:=\int\:\:\frac{\mathrm{2dt}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\left(\mathrm{a}−\frac{\mathrm{2t}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\right)} \\ $$$$=\int\:\frac{\mathrm{2dt}}{\mathrm{a}+\mathrm{at}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2t}}\:=\int\:\frac{\mathrm{2dt}}{\mathrm{at}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2t}\:+\mathrm{a}} \\ $$$$\Delta^{'} \:=\mathrm{1}−\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{let}\:\mathrm{take}\:\mathrm{a}>\mathrm{1}\:\Rightarrow\:\Delta^{'} <\mathrm{0}\:\Rightarrow\mathrm{f}\left(\mathrm{a}\right)\:=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{a}}\int\:\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{2t}}{\mathrm{a}}\:+\mathrm{1}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{a}}\int\:\:\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}\frac{\mathrm{t}}{\mathrm{a}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }\:+\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }}\:=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{a}}\int\:\:\frac{\mathrm{dt}}{\left(\mathrm{t}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{a}}\right)^{\mathrm{2}} \:+\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$=_{\mathrm{t}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{a}}=\frac{\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}}{\mathrm{a}}\mathrm{u}} \:\:\:\:\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{a}}×\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}\:\int\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{u}^{\mathrm{2}} }×\frac{\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}}{\mathrm{a}}\mathrm{du} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}}\int\:\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{1}+\mathrm{u}^{\mathrm{2}} }\:=\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}}\:\mathrm{arctan}\left(\frac{\mathrm{at}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}}\right)\:=\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}}\:\mathrm{arctan}\left(\frac{\mathrm{atan}\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\right)−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}}\right)\:+\mathrm{c} \\ $$$$\mathrm{rest}\:\mathrm{to}\:\mathrm{calculate}\:\mathrm{f}^{'} \left(\mathrm{a}\right)\:\mathrm{and}\:\mathrm{lim}_{\mathrm{a}\rightarrow\mathrm{1}} \mathrm{f}^{'} \left(\mathrm{a}\right)\:…\mathrm{be}\:\mathrm{continued}… \\ $$
Answered by Dwaipayan Shikari last updated on 17/Jul/20
$$\int\frac{\left(\mathrm{1}+{sinx}\right)^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}−{sin}^{\mathrm{2}} {x}\right)^{\mathrm{2}} }{dx}=\int\left({sec}^{\mathrm{2}} {x}+{secxtanx}\right)^{\mathrm{2}} {dx}=\int{sec}^{\mathrm{2}} {x}\left({secx}+{tanx}\right)^{\mathrm{2}} {dx} \\ $$$$\int{secx}\left({secx}+{tanx}\right){secx}\left({secx}+{tanx}\right){dx} \\ $$$$\int{secx}\:\:{tdt}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\left\{\:\:\:\:\:\:\:\:{take}\:\:{secx}+{tanx}={t}\:\:\frac{{dt}}{{dx}}={secx}\left({secx}+{tanx}\right)\right. \\ $$$$\:\int\frac{{t}}{\:\sqrt{\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} −{t}^{\mathrm{4}} }}\:\:\:{dt}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\left\{\:\:\:\frac{\mathrm{1}+{sinx}}{{cosx}}={t}\Rightarrow\mathrm{1}+{sin}^{\mathrm{2}} {x}+\mathrm{2}{sinx}={t}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−{sin}^{\mathrm{2}} {x}\right)\right. \\ $$$$\int\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}−{t}^{\mathrm{2}} }}{dt}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\left\{\:\:\:\:\:\:\:\:\Rightarrow\left(\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} \right){sin}^{\mathrm{2}} {x}+\mathrm{2}{sinx}+\mathrm{1}−{t}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0}\right. \\ $$$$\int\frac{\sqrt{\mathrm{2}}\:{cos}\theta}{\:\sqrt{\mathrm{2}−\mathrm{2}{sin}^{\mathrm{2}} \theta}}{d}\theta\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\left\{{t}=\sqrt{\mathrm{2}}{sin}\theta\:\:\:\:\sqrt{\mathrm{2}}{cos}\theta=\frac{{dt}}{{d}\theta}\right. \\ $$$$\int{d}\theta\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\left\{\:\:\:\:\:\:\:{sinx}=\frac{−\mathrm{2}\pm\sqrt{\mathrm{4}−\mathrm{4}\left(\mathrm{1}−{t}^{\mathrm{4}} \right)}}{\mathrm{2}}={t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right. \\ $$$$=\theta+{C} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\left\{\:\:\:\:\:\:{cosx}=\sqrt{\mathrm{1}−\left({t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\right. \\ $$$$={sin}^{−\mathrm{1}} \frac{{t}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}+{C} \\ $$$$={sin}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{{secx}+{tanx}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\right)+{Constant} \\ $$$$ \\ $$
Commented by mohammad17 last updated on 17/Jul/20
$${thank}\:{you}\:{sir} \\ $$
Commented by Dwaipayan Shikari last updated on 17/Jul/20
$${Kindly}\:{check}\:{it} \\ $$
Commented by Dwaipayan Shikari last updated on 17/Jul/20
Commented by Dwaipayan Shikari last updated on 17/Jul/20
$${Alternate}\:{solution} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 17/Jul/20
$$\mathrm{let}\:\mathrm{try}\:\mathrm{another}\:\mathrm{way}\: \\ $$$$\mathrm{I}\:=\int\:\:\frac{\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sinx}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow\:\mathrm{I}\:=\int\:\frac{\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{cos}\left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\mathrm{x}\right)\right)^{\mathrm{2}} }\:=\int\:\frac{\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{2sin}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\right)\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\int\:\:\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\right)}\:=_{\frac{\pi}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}=\mathrm{t}} \:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\:\int\:\:\frac{−\mathrm{2dt}}{\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \mathrm{t}}\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\int\:\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \mathrm{t}} \\ $$$$\mathrm{changement}\:\:\mathrm{tan}\left(\frac{\mathrm{t}}{\mathrm{2}}\right)=\mathrm{u}\:\mathrm{give}\:\int\:\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \mathrm{t}}\:=\int\:\:\frac{\mathrm{2du}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{u}^{\mathrm{2}} \right)\left(\frac{\mathrm{2u}}{\mathrm{1}+\mathrm{u}^{\mathrm{2}} }\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$=\int\:\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+\mathrm{u}\right)^{\mathrm{3}} }{\mathrm{16u}^{\mathrm{4}} }\:\mathrm{du}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\:\int\:\frac{\mathrm{u}^{\mathrm{3}} \:+\mathrm{3u}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{3u}\:+\mathrm{1}}{\mathrm{u}^{\mathrm{4}} }\mathrm{du} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\int\:\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{u}}\:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{u}^{\mathrm{2}} }\:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{u}^{\mathrm{3}} }\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{u}^{\mathrm{4}} }\right)\mathrm{du} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\left\{\:\mathrm{ln}\mid\mathrm{u}\mid−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{u}}\:+\mathrm{3}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2u}^{\mathrm{2}} }\right)\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3u}^{\mathrm{3}} }\right\}\:+\mathrm{C} \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{I}\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{64}}\left\{\:\mathrm{ln}\mid\mathrm{tan}\left(\frac{\mathrm{t}}{\mathrm{2}}\right)\mid−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{tan}\left(\frac{\mathrm{t}}{\mathrm{2}}\right)}\:−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2tan}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\mathrm{t}}{\mathrm{2}}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3tan}^{\mathrm{3}} \left(\frac{\mathrm{t}}{\mathrm{2}}\right)}\right\}\:+\mathrm{C} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{64}}\left\{\:\mathrm{ln}\mid\mathrm{tan}\left(\frac{\pi}{\mathrm{8}}−\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{4}}\right)\mid−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{tan}\left(\frac{\pi}{\mathrm{8}}−\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{4}}\right)}\:−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2tan}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\pi}{\mathrm{8}}−\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{4}}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3tan}^{\mathrm{3}} \left(\frac{\pi}{\mathrm{8}}−\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{4}}\right)}\right\}\:+\mathrm{C} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 17/Jul/20
$$\mathrm{error}\:\mathrm{of}\:\mathrm{typo}\:\mathrm{I}\:=\int\:\frac{\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{2sin}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\right)\right)^{\mathrm{2}} }\:=… \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 17/Jul/20
$$\mathrm{sorry}\:\mathrm{change}\:\mathrm{64}\:\mathrm{by}\:\mathrm{32}… \\ $$
Commented by mohammad17 last updated on 17/Jul/20
$${ok}\:{sir}\:{thank}\:{you} \\ $$
Answered by PRITHWISH SEN 2 last updated on 17/Jul/20
$$\int\frac{\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{2tan}\:\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{1}+\mathrm{tan}\:^{\mathrm{2}} \frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}}\right)^{\mathrm{2}} }=\int\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{4}} }\left(\mathrm{1}+\mathrm{tan}\:^{\mathrm{2}} \frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\right)\mathrm{dx} \\ $$$$\mathrm{tan}\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}=\mathrm{t}\Rightarrow\mathrm{sec}\:^{\mathrm{2}} \frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\mathrm{dx}=\mathrm{2dt} \\ $$$$=\mathrm{2}\int\frac{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{dt}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{4}} }=\int\frac{\mathrm{2dt}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} }−\int\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}\right)\mathrm{dt}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{4}} }+\mathrm{4}\int\frac{\mathrm{dt}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{4}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}\right)}+\frac{\mathrm{2}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}\right)^{\mathrm{3}} }\:+\mathrm{C} \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{2}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\right)}\:+\frac{\mathrm{2}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} }\:−\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}\left(\mathrm{1}−\mathrm{tan}\:\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{3}} }\:+\mathrm{C} \\ $$$$\mathrm{please}\:\mathrm{check} \\ $$
Commented by mohammad17 last updated on 17/Jul/20
$${than}\:{you}\:{sir} \\ $$
Answered by Ar Brandon last updated on 19/Jul/20
$$\mathcal{I}=\int\frac{\mathrm{dx}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sinx}\right)^{\mathrm{2}} }=\int\frac{\left(\mathrm{1}+\mathrm{sinx}\right)^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sinx}\right)^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}+\mathrm{sinx}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx} \\ $$$$\:\:\:=\int\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2sinx}+\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx}=\int\frac{\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}+\mathrm{2sinx}+\mathrm{2sin}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}}{\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} \mathrm{x}}\mathrm{dx} \\ $$$$\:\:\:=\int\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \mathrm{xdx}+\mathrm{2}\int\frac{\mathrm{sinx}}{\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} \mathrm{x}}\mathrm{dx}+\mathrm{2}\int\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{xsec}^{\mathrm{2}} \mathrm{xdx} \\ $$$$\:\:\:=\mathrm{tanx}+\frac{\mathrm{2sec}^{\mathrm{3}} \mathrm{x}}{\mathrm{3}}+\frac{\mathrm{2tan}^{\mathrm{3}} \mathrm{x}}{\mathrm{3}}+\mathcal{C} \\ $$
Answered by Her_Majesty last updated on 07/Aug/20
$$\int\frac{{dx}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:{x}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{simply}\:\mathrm{Weyerstrass}'\:\mathrm{Substitution} \\ $$$${t}=\mathrm{tan}\:\frac{{x}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{leads}\:\mathrm{to} \\ $$$$\mathrm{2}\int\frac{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{\left({t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{4}} }{dt}=−\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}{t}+\mathrm{2}\right)}{\mathrm{3}\left({t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }=… \\ $$