Question Number 178487 by cortano1 last updated on 17/Oct/22
$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\int\:\frac{{dx}}{\mathrm{cot}\:^{\mathrm{3}} {x}\:\mathrm{sin}\:^{\mathrm{7}} {x}}\:=? \\ $$
Answered by Frix last updated on 18/Oct/22
$$\int\frac{{dx}}{\mathrm{cot}^{\mathrm{3}} \:{x}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{7}} \:{x}}=\int\frac{{dx}}{\mathrm{cos}^{\mathrm{3}} \:{x}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} \:{x}}\overset{{t}=\mathrm{sin}\:{x}} {=} \\ $$$$=\int\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{4}} \left({t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\underset{\mathrm{Method}} {\overset{\mathrm{Ostrogradski}'\mathrm{s}} {=}} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{15}{t}^{\mathrm{4}} −\mathrm{10}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}{\mathrm{6}{t}^{\mathrm{3}} \left({t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\int\left(\frac{\mathrm{1}}{{t}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{{t}+\mathrm{1}}\right){dt}= \\ $$$$=−\frac{\mathrm{15}{t}^{\mathrm{4}} −\mathrm{10}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}{\mathrm{6}{t}^{\mathrm{3}} \left({t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{5ln}\:\frac{{t}+\mathrm{1}}{{t}−\mathrm{1}}}{\mathrm{4}}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{15sin}^{\mathrm{4}} \:{x}\:−\mathrm{10sin}^{\mathrm{2}} \:{x}\:−\mathrm{2}}{\mathrm{6cos}^{\mathrm{2}} \:{x}\:\mathrm{sin}^{\mathrm{3}} \:{x}}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\mathrm{ln}\:\frac{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}{\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:{x}}\:+{C} \\ $$
Answered by Ar Brandon last updated on 17/Oct/22
$${I}=\int\frac{{dx}}{\mathrm{cot}^{\mathrm{3}} {x}\mathrm{sin}^{\mathrm{7}} {x}}=\int\frac{{dx}}{\mathrm{cos}^{\mathrm{3}} {x}\mathrm{sin}^{\mathrm{4}} {x}}=\int\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{7}} {x}}{\mathrm{tan}^{\mathrm{4}} {x}}{dx} \\ $$$$\:\:=−\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{5}} {x}}{\mathrm{3tan}^{\mathrm{3}} {x}}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}}\int\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{5}} {x}}{\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} {x}}{dx}=−\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{5}} {x}}{\mathrm{3tan}^{\mathrm{3}} {x}}−\frac{\mathrm{5sec}^{\mathrm{3}} {x}}{\mathrm{3tan}{x}}+\mathrm{5}\int\mathrm{sec}^{\mathrm{3}} {xdx} \\ $$$$\:\:=−\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{5}} {x}}{\mathrm{3tan}{x}}−\frac{\mathrm{5sec}^{\mathrm{3}} {x}}{\mathrm{3tan}{x}}+\mathrm{5}\int\frac{\mathrm{cos}{x}}{\mathrm{cos}^{\mathrm{4}} {x}}{dx}=−\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{5}} {x}}{\mathrm{3tan}{x}}−\frac{\mathrm{5sec}^{\mathrm{3}} {x}}{\mathrm{3tan}{x}}+\mathrm{5}\int\frac{\mathrm{cos}{x}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} {x}\right)^{\mathrm{2}} }{dx} \\ $$$$\:\:=−\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{5}} {x}}{\mathrm{3tan}{x}}−\frac{\mathrm{5sec}^{\mathrm{3}} {x}}{\mathrm{3tan}{x}}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\int\left(\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}{x}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{1}−\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} {x}}+\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{sin}{x}\right)^{\mathrm{2}} }\right){d}\left(\mathrm{sin}{x}\right) \\ $$$$\:\:=−\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{5}} {x}}{\mathrm{3tan}{x}}−\frac{\mathrm{5sec}^{\mathrm{3}} {x}}{\mathrm{3tan}{x}}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−\mathrm{sin}{x}}+\mathrm{2tan}{x}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}{x}}\right)+{C} \\ $$$$\:\:=−\frac{\mathrm{sec}^{\mathrm{5}} {x}}{\mathrm{3tan}{x}}−\frac{\mathrm{5sec}^{\mathrm{3}} {x}}{\mathrm{3tan}{x}}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}\mathrm{sec}{x}\mathrm{tan}{x}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}\mathrm{tan}{x}+{C} \\ $$
Answered by greougoury555 last updated on 18/Oct/22
$$\:{let}\:{s}=\mathrm{sin}\:{x} \\ $$$$\:{I}=\:\int\:\frac{{ds}}{\left(\mathrm{1}−{s}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} {s}^{\mathrm{4}} }\:=\int\:\frac{{ds}}{\left(\left(\mathrm{1}−{s}^{\mathrm{2}} \right){s}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${Partial}\:{fractions}\: \\ $$$$\:\frac{\mathrm{1}}{\left[\left(\mathrm{1}−{s}^{\mathrm{2}} \right){s}^{\mathrm{2}} \:\right]^{\mathrm{2}} }\:=\:\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{s}^{\mathrm{2}} }\:+\frac{\mathrm{1}}{{s}^{\mathrm{2}} }\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:=\:\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{s}^{\mathrm{2}} }\right)^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{2}}{\left(\mathrm{1}−{s}^{\mathrm{2}} \right){s}^{\mathrm{2}} }\:+\frac{\mathrm{1}}{{s}^{\mathrm{4}} } \\ $$$$\:=\:\left[\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{s}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{s}}\right)\right]^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{1}−{s}^{\mathrm{2}} }\:+\frac{\mathrm{2}}{{s}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{{s}^{\mathrm{4}} } \\ $$$$\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left(\mathrm{1}−{s}\right)^{\mathrm{2}} }\:+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−{s}^{\mathrm{2}} \right)}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left(\mathrm{1}+{s}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{2}}{{s}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{{s}^{\mathrm{4}} } \\ $$$$\:{I}=\int\:\frac{{ds}}{\left(\mathrm{1}−{s}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} {s}^{\mathrm{4}} }\:=\:\int\:\left[\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left(\mathrm{1}−{s}\right)^{\mathrm{2}} }\:+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−{s}^{\mathrm{2}} \right)}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left(\mathrm{1}+{s}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{2}}{{s}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{{s}^{\mathrm{4}} }\:\right]{ds} \\ $$$$\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left(\mathrm{1}−{s}\right)}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\:\mathrm{ln}\:\mid\frac{\mathrm{1}+{s}}{\mathrm{1}−{s}}\:\mid−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left(\mathrm{1}+{s}\right)}−\frac{\mathrm{2}}{{s}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{s}^{\mathrm{3}} }\:+{c} \\ $$$$\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left(\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:{x}\right)}\:+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}\:\mathrm{ln}\:\mid\frac{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}{\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:{x}}\mid−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left(\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}\right)}−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{sin}\:{x}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3sin}\:^{\mathrm{3}} {x}}\:+\:{c}\: \\ $$$$\:\: \\ $$