Question Number 33590 by abdo imad last updated on 19/Apr/18
$${let}\:\alpha\:>\mathrm{1}\:\:{calculate}\:{f}\left(\alpha\right)\:=\:\int_{\alpha} ^{+\infty} \:\:\frac{{x}^{\mathrm{2}} −{x}+\mathrm{1}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:{dx}\:. \\ $$
Commented by abdo imad last updated on 22/Apr/18
$${we}\:{have}\:{f}\left(\alpha\right)\:=\:\int_{\alpha} ^{+\infty} \:\frac{{x}^{\mathrm{2}} \:−\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\:+{x}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{dx} \\ $$$$=\int_{\alpha} ^{+\infty} \:\frac{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \:+{x}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{dx}\:=\:\int_{\alpha} ^{+\infty} \:\:\frac{{dx}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:\:+\int_{\alpha} ^{+\infty} \:\:\frac{{x}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{dx} \\ $$$$=\left[\frac{−\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{1}}\right]_{\alpha} ^{+\infty} \:+\int_{\alpha} ^{+\infty} \:\:\:\:\frac{{xdx}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\frac{\mathrm{1}}{\alpha+\mathrm{1}}\:+\:{I}\:{let}\:{findI} \\ $$$${F}\left({x}\right)\:=\:\frac{{x}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{{a}}{{x}−\mathrm{1}}\:+\frac{{b}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:+\frac{{c}}{{x}+\mathrm{1}}\:+\frac{{d}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${b}=\:{lim}_{{x}\rightarrow\mathrm{1}} \left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} {F}\left({x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}} \\ $$$${d}\:={lim}_{{x}\rightarrow−\mathrm{1}} \left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} {F}\left({x}\right)=\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:\Rightarrow \\ $$$${F}\left({x}\right)=\frac{{a}}{{x}−\mathrm{1}}\:\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:+\frac{{c}}{{x}+\mathrm{1}}\:\:+\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${F}\left(\mathrm{0}\right)\:=\mathrm{0}\:=−{a}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:+{c}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:\Rightarrow{c}={a}\:\Rightarrow \\ $$$${F}\left({x}\right)\:=\frac{{a}}{{x}−\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:\:+\frac{{a}}{{x}+\mathrm{1}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${F}\left(\mathrm{2}\right)=\:\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{9}}\:=\:{a}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:+\frac{{a}}{\mathrm{3}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{36}}\:\Rightarrow\mathrm{2}=\mathrm{9}{a}\:+\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{4}}\:+\mathrm{3}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}} \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{2}\:=\mathrm{9}{a}\:+\mathrm{5}\:\Rightarrow\mathrm{9}{a}\:=−\mathrm{3}\:\Rightarrow\:{a}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:\Rightarrow \\ $$$${F}\left({x}\right)=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\left({x}−\mathrm{1}\right)}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\left({x}+\mathrm{1}\right)}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${I}\:=\int_{\alpha} ^{+\infty} \:\left(\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\left(\mathrm{1}−{x}\right)}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}\right){dx}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:\int_{\alpha} ^{+\infty} \:\frac{{dx}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:\int_{\alpha} ^{+\infty} \:\:\frac{{dx}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}{ln}\mid\frac{\mathrm{1}−{x}}{\mathrm{1}+{x}}\mid\right]_{\alpha} ^{+\infty} \:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left[\:\frac{\mathrm{1}}{{x}−\mathrm{1}}\right]_{\alpha} ^{+\infty} \\ $$$$+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left[\:\frac{\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{1}}\right]_{\alpha} ^{+\infty} \:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}{ln}\mid\frac{\mathrm{1}−\alpha}{\mathrm{1}+\alpha}\mid\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left(\alpha−\mathrm{1}\right)}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left(\alpha+\mathrm{1}\right)}\:\Rightarrow \\ $$$${f}\left(\alpha\right)\:=\:\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}\left(\alpha+\mathrm{1}\right)}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}{ln}\mid\frac{\mathrm{1}−\alpha}{\mathrm{1}+\alpha}\mid\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left(\alpha−\mathrm{1}\right)}\:. \\ $$