Question Number 29003 by abdo imad last updated on 03/Feb/18
$${find}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\:\frac{{dx}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{3}} }\:. \\ $$
Commented by abdo imad last updated on 03/Feb/18
$${let}\:{put}\:{I}=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{{dx}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{3}} }\:\:{let}\:{put}\:{x}^{\mathrm{3}} ={t}\:\Leftrightarrow{x}={t}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \:\:{and} \\ $$$${I}=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{t}}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}{t}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}−\mathrm{1}} \:{dt}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{{t}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}−\mathrm{1}} }{\mathrm{1}+{t}}{dt}\:\:{but}\:{we}\:{know}\:{that} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{{t}^{{a}−\mathrm{1}} }{\mathrm{1}+{t}}{dt}=\:\frac{\pi}{{sin}\left(\pi{a}\right)}\:{with}\mathrm{0}<{a}<\mathrm{1}\:{due}\:{to}\:{that} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{{t}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}−\mathrm{1}} }{\mathrm{1}+{t}}{dt}=\:\frac{\pi}{{sin}\left(\frac{\pi}{\mathrm{3}}\right)}=\:\frac{\pi}{\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}}=\frac{\mathrm{2}\pi}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\:\Rightarrow\:{I}=\:\frac{\mathrm{2}\pi}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}\:\:. \\ $$
Answered by sma3l2996 last updated on 03/Feb/18
$${we}\:{have}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{3}} }=\frac{\mathrm{1}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}\right)}=\frac{{a}}{\mathrm{1}+{x}}+\frac{{bx}+{c}}{{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}} \\ $$$${a}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:\:,\:\:{c}=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\:,\:{b}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{3}} }=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}}−\frac{{x}−\mathrm{2}}{{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$${so}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{dx}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{3}} }=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \left(\frac{\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{2}{x}−\mathrm{4}}{\mathrm{2}\left({x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}\right)}\right){dx} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left(\underset{{x}\rightarrow\infty} {{lim}ln}\left({x}+\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}−\mathrm{3}}{{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}}{dx}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\underset{{x}\rightarrow\infty} {{lim}}\left({ln}\left({x}+\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left({x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}\right)\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}}=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{dx}}{\left({x}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}}=\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{dx}}{\left(\frac{\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}} \\ $$$${t}=\frac{\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\Rightarrow{dx}=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}{dt} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\left(\underset{{x}\rightarrow\infty} {{lim}arctant}−\mathrm{0}\right) \\ $$$$=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}\pi}{\mathrm{3}} \\ $$$${A}=\underset{{x}\rightarrow\infty} {{lim}}\left({ln}\left({x}+\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left({x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}\right)\right) \\ $$$$=\underset{{x}\rightarrow\infty} {{lim}}\left({ln}\left({x}\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left({x}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}+\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }\right)\right)\right. \\ $$$$=\underset{{x}\rightarrow\infty} {{lim}}\left({lnx}+{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{1}/{x}\right)−{ln}\left({x}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left(\mathrm{1}−\mathrm{1}/{x}+\mathrm{1}/{x}^{\mathrm{2}} \right)\right) \\ $$$$=\underset{{x}\rightarrow\infty} {{lim}}\left({ln}\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}+\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }\right)\right)=\mathrm{0} \\ $$$${so}\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{dx}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{3}} }=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}×\left(\mathrm{0}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\frac{\sqrt{\mathrm{3}}\pi}{\:\sqrt{\mathrm{3}}} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}\pi}{\mathrm{3}} \\ $$
Commented by abdo imad last updated on 03/Feb/18
$${we}\:{have}\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{3}} }>\mathrm{0}\:\:\forall\:{x}\geqslant\mathrm{0}\:\:\:{so}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{dx}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{3}} }>\mathrm{0}\:{so}\:{how}\:{do}\:{you} \\ $$$${find}\:{a}\:{ngative}\:{value}\:{sir}\:?… \\ $$