Question Number 30798 by prof Abdo imad last updated on 25/Feb/18
$${find}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\:\frac{{ln}\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)}{{x}^{\mathrm{2}} }{dx} \\ $$
Commented by prof Abdo imad last updated on 08/Mar/18
$$\:{for}\:\mid{t}\mid<\mathrm{1}\:\:{ln}^{'} \left(\mathrm{1}−{t}\right)=\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{t}}=−\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:{t}^{{n}} \:\Rightarrow \\ $$$${ln}\left(\mathrm{1}−{t}\right)=−\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{{t}^{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}}=−\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{{t}^{{n}} }{{n}} \\ $$$$=\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\:\frac{{t}^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}}\:\:{let}\:{integrate}\:{by}\:{parts} \\ $$$${I}=\:\left[\left(−\frac{\mathrm{1}}{{x}}+\mathrm{1}\right){ln}\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)\right]_{{x}\rightarrow\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} −\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)\frac{−\mathrm{2}{x}}{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }{dx}\: \\ $$$$={o}\:\:+\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{2}{x}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)\frac{{dx}}{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }\:{because} \\ $$$${lim}_{{x}\rightarrow\mathrm{0}} \left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right){ln}\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)=−{lim}_{{x}\rightarrow\mathrm{0}} \:\frac{{ln}\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)}{{x}} \\ $$$$=−{lim}_{{x}\rightarrow\mathrm{0}} \:\:\frac{{f}\left({x}\right)−{f}\left(\mathrm{0}\right)}{{x}}\:={f}^{'} \left(\mathrm{0}\right)\:{with} \\ $$$${f}\left({x}\right)={ln}\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)\:\Rightarrow{f}^{'} \left({x}\right)=\frac{−\mathrm{2}{x}}{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow{f}^{'} \left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0} \\ $$$${lim}_{{x}\rightarrow\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right){ln}\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)=\mathrm{0}\:{withch}=\mathrm{1}−{x}={t}\:{so} \\ $$$${I}=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\:\:\:\frac{\mathrm{2}{x}\left({x}−\mathrm{1}\right){dx}}{{x}\left(\mathrm{1}−{x}\right)\left(\mathrm{1}+{x}\right)}=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\frac{−\mathrm{2}{dx}}{\mathrm{1}+{x}} \\ $$$$=−\mathrm{2}\:\left[{ln}\mid\mathrm{1}+{x}\mid\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} =−\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}\right)\:. \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\:\frac{{ln}\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)}{{x}^{\mathrm{2}} }\:{dx}=−\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}\right)\:. \\ $$