Question Number 89317 by abdomathmax last updated on 16/Apr/20
$${find}\:\int\:\:\:\:\:\frac{{dx}}{\left({x}+\sqrt{{x}−\mathrm{1}}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 17/Apr/20
$${parametric}\:{method}\:{let}\:{f}\left({a}\right)\:=\int\:\frac{{dx}}{{a}+{x}+\sqrt{{x}−\mathrm{1}}} \\ $$$${we}\:{have}\:{f}^{'} \left({a}\right)\:=−\int\:\frac{{dx}}{\left({a}+{x}+\sqrt{{x}−\mathrm{1}}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow\int\frac{{dx}}{\left({a}+{x}+\sqrt{{x}−\mathrm{1}}\right)^{\mathrm{2}} }=−{f}^{'} \left({a}\right) \\ $$$${and}\:\int\:\:\frac{{dx}}{\left({x}+\sqrt{{x}−\mathrm{1}}\right)^{\mathrm{2}} }\:=−{f}^{'} \left(\mathrm{0}\right) \\ $$$${changement}\:\sqrt{{x}−\mathrm{1}}={t}\:{give}\:{x}−\mathrm{1}={t}^{\mathrm{2}} \:\Rightarrow \\ $$$${f}\left({a}\right)\:=\int\:\:\frac{\mathrm{2}{tdt}}{{a}+\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} \:+{t}}\:=\mathrm{2}\:\int\:\:\frac{{tdt}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+{t}\:+{a}+\mathrm{1}} \\ $$$$=\int\frac{\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}−\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+{t}+{a}+\mathrm{1}}{dt}\:={ln}\mid{t}^{\mathrm{2}} \:+{t}\:+{a}+\mathrm{1}\mid−\int\:\:\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+{t}+\mathrm{1}+{a}}\:{we}\:{have} \\ $$$$\int\:\:\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+{t}+\mathrm{1}\:+{a}}\:=\int\:\frac{{dt}}{\left({t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} \:+{a}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}}\:=_{{t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}=\sqrt{{a}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}}{u}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\left({a}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\right)}\:\int\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{u}^{\mathrm{2}} }×\sqrt{{a}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}}{du} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{{a}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}}}\:{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}}\right)\:+{C} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}}\:{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}}\right)\:+{C}\:\Rightarrow \\ $$$${f}^{'} \left({a}\right)\:=\mathrm{2}\left\{\left(\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}\right)^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \:{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}}\right)\right\}^{\left(\mathrm{1}\right)} \\ $$$$=−\mathrm{4}\left(\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}\right)^{−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}} \:{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}}\right)+\mathrm{2}\:\left(\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}\right)^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \:×\frac{\left(\frac{\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}}\right)^{'} }{\mathrm{1}+\left(\frac{\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=−\mathrm{4}\left(\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}\right)^{−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}} \:{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}}\right)+\mathrm{2}\left(\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}\right)^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} ×\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}\left(\mathrm{1}+\frac{\left(\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}\right)} \\ $$$${f}^{'} \left(\mathrm{0}\right)\:=−\mathrm{4}\left(\mathrm{3}\right)^{−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}} \:{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)\:+\mathrm{2}\left(\mathrm{3}\right)^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} ×\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}\left(\mathrm{1}+\frac{\left(\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{3}}\right)} \\ $$$${I}\:=−{f}^{'} \left(\mathrm{0}\right) \\ $$$$ \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 17/Apr/20
$${forgive}\:{f}^{'} \left({a}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+{t}+{a}+\mathrm{1}}\:+\mathrm{4}\left(\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}\right)^{−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}} \:{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}}\right) \\ $$$$−\mathrm{2}\left(\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}\right)^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} ×\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}\left(\mathrm{1}+\frac{\left(\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}{a}+\mathrm{3}}\right)}\:\Rightarrow \\ $$$${f}^{'} \left(\mathrm{0}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+{t}+\mathrm{1}}\:+\mathrm{4}\left(\mathrm{3}\right)^{−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}} \:{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right) \\ $$$$−\mathrm{2}\left(\mathrm{3}\right)^{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} ×\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}\left(\mathrm{1}+\frac{\left(\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{3}}\right)} \\ $$
Answered by MJS last updated on 16/Apr/20
$$\int\frac{{dx}}{\left({x}+\sqrt{{x}−\mathrm{1}}\right)^{\mathrm{2}} }= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{t}=\sqrt{{x}−\mathrm{1}}\:\rightarrow\:{dx}=\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}{dt}\right] \\ $$$$=\mathrm{2}\int\frac{{t}}{\left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{dt}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[\mathrm{Ostrogradski}\right] \\ $$$$=−\frac{\mathrm{2}\left({t}+\mathrm{2}\right)}{\mathrm{3}\left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)}−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\int\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}= \\ $$$$=−\frac{\mathrm{2}\left({t}+\mathrm{2}\right)}{\mathrm{3}\left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)}−\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\mathrm{arctan}\:\frac{\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\:= \\ $$$$=−\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{2}+\sqrt{{x}−\mathrm{1}}\right)}{\mathrm{3}\left({x}+\sqrt{{x}−\mathrm{1}}\right)}−\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}\mathrm{arctan}\:\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2}\sqrt{{x}−\mathrm{1}}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\:+{C} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 17/Apr/20
$${thank}\:{you}\:{sir}. \\ $$