Question Number 116196 by mnjuly1970 last updated on 01/Oct/20
$$\:\:\:\:\:{please}\:{solve}\:: \\ $$$$\:\:\: \\ $$$$\:\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\frac{\pi}{\mathrm{4}}} {tan}^{\mathrm{9}} \left({x}\right){dx}\:=??? \\ $$
Answered by mindispower last updated on 01/Oct/20
$${let} \\ $$$${u}_{{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} {tg}^{{n}} \left({x}\right){dx} \\ $$$${U}_{{n}+\mathrm{2}} +{U}_{{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} {tg}^{{n}} \left({x}\right){dx}+\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} {tg}^{{n}+\mathrm{2}} \left({x}\right){dx} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} {tg}^{{n}} \left({x}\right)\left(\mathrm{1}+{tg}^{\mathrm{2}} \left({x}\right)\right){dx}=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} {tg}^{{n}} \left({x}\right){d}\left({tg}\left({x}\right)\right) \\ $$$$=\left[\frac{{tg}^{{n}+\mathrm{1}} \left({x}\right)}{{n}+\mathrm{1}}\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} =\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$\Rightarrow{U}_{{n}+\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}−{U}_{{n}} \\ $$$${U}_{\mathrm{0}} =\frac{\pi}{\mathrm{4}},{U}_{\mathrm{1}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} {tg}\left({x}\right){dx}=\left[−{ln}\left({cos}\left({x}\right)\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \\ $$$$={ln}\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right) \\ $$$${U}_{\mathrm{3}} =−{U}_{\mathrm{1}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${U}_{\mathrm{5}} =−{U}_{\mathrm{3}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}} \\ $$$${U}_{\mathrm{7}} =−{U}_{\mathrm{5}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}} \\ $$$${U}_{\mathrm{9}} =−{U}_{\mathrm{7}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+{ln}\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{3}−\mathrm{4}+\mathrm{6}−\mathrm{12}}{\mathrm{24}}+{ln}\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$=\frac{−\mathrm{7}+\mathrm{12}{ln}\left(\mathrm{2}\right)}{\mathrm{24}} \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 01/Oct/20
$${thank}\:{you}\:{sir}.. \\ $$
Answered by MJS_new last updated on 01/Oct/20
$$\int\mathrm{tan}^{\mathrm{9}} \:{x}\:{dx}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{t}=\mathrm{tan}\:{x}\:\rightarrow\:{dx}=\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\right] \\ $$$$=\int\frac{{t}^{\mathrm{9}} }{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{dt}=\int\left(\frac{{t}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}+{t}^{\mathrm{7}} −{t}^{\mathrm{5}} +{t}^{\mathrm{3}} −{t}\right){dt}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\:\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\:+\frac{{t}^{\mathrm{8}} }{\mathrm{8}}−\frac{{t}^{\mathrm{6}} }{\mathrm{6}}+\frac{{t}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{4}}−\frac{{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{answer}\:\mathrm{is}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\:\mathrm{2}\:−\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{24}} \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 01/Oct/20
$${grateful}.. \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 01/Oct/20
$$\mathrm{let}\:\mathrm{u}_{\mathrm{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \:\mathrm{tan}^{\mathrm{2n}+\mathrm{1}} \mathrm{xdx}\:\Rightarrow\mathrm{u}_{\mathrm{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \:\mathrm{tan}^{\mathrm{2n}−\mathrm{1}} \mathrm{x}\left(\mathrm{1}+\:\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}−\mathrm{1}\right)\:\mathrm{dx} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \mathrm{tan}^{\mathrm{2n}−\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)\mathrm{dx}−\mathrm{u}_{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \:\:\mathrm{we}\:\mathrm{hsve} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \left(\mathrm{1}+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)^{\mathrm{2n}−\mathrm{1}} \mathrm{dx}\:=\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2n}}\mathrm{tan}^{\mathrm{2n}} \mathrm{x}\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2n}}\:\Rightarrow\mathrm{u}_{\mathrm{n}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2n}}−\mathrm{u}_{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{u}_{\mathrm{n}} +\mathrm{u}_{\mathrm{n}−\mathrm{1}\:} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2n}}\:\Rightarrow\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} \left(\mathrm{u}_{\mathrm{k}} +\mathrm{u}_{\mathrm{k}−\mathrm{1}} \right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} }{\mathrm{k}}\:\Rightarrow \\ $$$$−\left(\mathrm{u}_{\mathrm{1}} +\mathrm{u}_{\mathrm{0}} \right)+\left(\mathrm{u}_{\mathrm{2}} +\mathrm{u}_{\mathrm{1}} \right)+…\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \left(\mathrm{u}_{\mathrm{n}−\mathrm{1}} +\mathrm{u}_{\mathrm{n}−\mathrm{2}} \right)+\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \left(\mathrm{u}_{\mathrm{n}} +\mathrm{u}_{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} }{\mathrm{k}}\:\Rightarrow−\mathrm{u}_{\mathrm{0}} \:+\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{u}_{\mathrm{n}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} }{\mathrm{k}}\:\Rightarrow \\ $$$$\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{u}_{\mathrm{n}} =\mathrm{u}_{\mathrm{0}} +\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} }{\mathrm{k}} \\ $$$$\mathrm{u}_{\mathrm{0}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \:\frac{\mathrm{sinx}}{\mathrm{cosx}}\mathrm{dx}\:=\left[−\mathrm{ln}\mid\mathrm{cosx}\mid\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \:=−\mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right)\:\Rightarrow \\ $$$$\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{u}_{\mathrm{n}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} }{\mathrm{k}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{u}_{\mathrm{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \mathrm{tan}^{\mathrm{2n}+\mathrm{1}} \mathrm{x}\:\mathrm{dx}\:=\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \left\{\frac{\mathrm{ln2}}{\mathrm{2}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} }{\mathrm{k}}\right\} \\ $$$$\mathrm{n}=\mathrm{4}\:\Rightarrow\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \:\mathrm{tan}^{\mathrm{9}} \mathrm{xdx}=\frac{\mathrm{ln2}}{\mathrm{2}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{4}} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} }{\mathrm{k}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{ln2}}{\mathrm{2}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left\{−\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\right\}\:=\frac{\mathrm{ln2}}{\mathrm{2}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left\{−\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}}\:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\right\} \\ $$$$=\frac{\mathrm{ln2}}{\mathrm{2}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\frac{−\mathrm{7}}{\mathrm{12}}\right)\:=\frac{\mathrm{ln2}}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{24}} \\ $$
Answered by Dwaipayan Shikari last updated on 01/Oct/20
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \frac{\mathrm{sin}^{\mathrm{9}} \mathrm{x}}{\mathrm{cos}^{\mathrm{9}} \mathrm{x}}\mathrm{dx}=−\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} \frac{\mathrm{sin}^{\mathrm{8}} \mathrm{x}\left(−\mathrm{sinx}\right)}{\mathrm{cos}^{\mathrm{9}} \mathrm{x}}\mathrm{dx} \\ $$$$−\int_{\mathrm{1}} ^{\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}} \frac{\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{4}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{9}} }\mathrm{dt}=\int_{\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}^{\mathrm{9}} }−\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{t}^{\mathrm{7}} }+\frac{\mathrm{6}}{\mathrm{t}^{\mathrm{5}} }−\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{t}^{\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}} \\ $$$$=\left[−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8t}^{\mathrm{8}\:} }+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3t}^{\mathrm{6}} }−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2t}^{\mathrm{4}} }+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{log}\left(\mathrm{t}\right)\right]_{\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}} ^{\mathrm{1}} =\mathrm{log}\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right)−\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{24}} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$
Answered by maths mind last updated on 01/Oct/20
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{4}}} {tg}^{{a}} \left({x}\right){dx}={f}\left({a}\right),{a}\in\mathbb{C}\:\:{Re}\left({a}\right)\geqslant\mathrm{0} \\ $$$${tg}\left({x}\right)={t}\Rightarrow{f}\left({a}\right)=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{t}^{{a}} }{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }{dt}=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \underset{{m}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left(−{t}^{\mathrm{2}} \right)^{{m}} {t}^{{a}} {dt} \\ $$$$=\underset{{m}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left(−\mathrm{1}\right)^{{m}} \int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {t}^{\mathrm{2}{m}+{a}} {dt} \\ $$$$=\underset{{m}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{m}} }{\mathrm{2}{m}+{a}+\mathrm{1}}=\underset{{m}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}{m}+{a}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}{m}+{a}+\mathrm{3}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\underset{{m}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left(\frac{\frac{{a}+\mathrm{3}}{\mathrm{4}}−\frac{{a}+\mathrm{1}}{\mathrm{4}}}{\left({m}+\frac{{a}+\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\right)\left({m}+\frac{{a}+\mathrm{2}}{\mathrm{4}}\right)}\right)=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{16}}.\frac{\Psi\left(\frac{{a}+\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\right)−\Psi\left(\frac{{a}+\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\right)}{\frac{{a}+\mathrm{3}}{\mathrm{4}}−\frac{{a}+\mathrm{1}}{\mathrm{4}}} \\ $$$$=\frac{\Psi\left(\frac{{a}+\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\right)−\boldsymbol{\Psi}\left(\frac{{a}+\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\right)}{\mathrm{4}}={f}\left({a}\right) \\ $$$${f}\left(\mathrm{9}\right)=\frac{\Psi\left(\frac{\mathrm{12}}{\mathrm{4}}\right)−\Psi\left(\frac{\mathrm{10}}{\mathrm{4}}\right)}{\mathrm{4}} \\ $$$$\Psi\left({z}+\mathrm{1}\right)=\Psi\left({z}\right)+\frac{\mathrm{1}}{{z}} \\ $$$$\Psi\left(\mathrm{3}\right)=−\gamma+\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}−\gamma \\ $$$$\Psi\left(\frac{\mathrm{10}}{\mathrm{4}}\right)=\Psi\left(\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}\right)=\Psi\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\right)+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}+\mathrm{2}+\Psi\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right),\Psi\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)=−\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}\right)−\gamma \\ $$$$\Psi\left(\mathrm{3}\right)−\Psi\left(\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}\right)=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}−\gamma−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}−\mathrm{2}−\Psi\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}−\gamma−\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{3}}+\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}\right)+\gamma \\ $$$$=\frac{−\mathrm{7}}{\mathrm{6}}+\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$${f}\left(\mathrm{9}\right)=\frac{−\mathrm{7}+\mathrm{12}{ln}\left(\mathrm{2}\right)}{\mathrm{24}}=−\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{24}}+\frac{{ln}\left(\mathrm{2}\right)}{\mathrm{2}} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 02/Oct/20
$${very}\:{nice}\:..{thank}\:{you}\:{so} \\ $$$${much}…. \\ $$
Answered by 1549442205PVT last updated on 02/Oct/20
$$\mathrm{I}_{\mathrm{9}} =\int\mathrm{tan}^{\mathrm{9}} \mathrm{xdx}=\int\mathrm{tan}^{\mathrm{7}} \mathrm{x}\left(\mathrm{1}+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}\right)\mathrm{dx}\: \\ $$$$−\int\mathrm{tan}^{\mathrm{7}} \mathrm{xdx}=\int\mathrm{tan}^{\mathrm{7}} \mathrm{xd}\left(\mathrm{tanx}\right)−\mathrm{I}_{\mathrm{7}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{tan}^{\mathrm{8}} \mathrm{x}}{\mathrm{8}}−\mathrm{I}_{\mathrm{7}} =\frac{\mathrm{tan}^{\mathrm{8}} \mathrm{x}}{\mathrm{8}}−\frac{\mathrm{tan}^{\mathrm{6}} \mathrm{x}}{\mathrm{6}}+\frac{\mathrm{tan}^{\mathrm{4}} \mathrm{x}}{\mathrm{4}} \\ $$$$−\frac{\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}}{\mathrm{2}}+\mathrm{I}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{tan}^{\mathrm{8}} \mathrm{x}}{\mathrm{8}}−\frac{\mathrm{tan}^{\mathrm{6}} \mathrm{x}}{\mathrm{6}}+\frac{\mathrm{tan}^{\mathrm{4}} \mathrm{x}}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}}{\mathrm{2}}−\mathrm{lncosx} \\ $$$$\:\:\:\mathrm{Hence},\int_{\mathrm{0}} ^{\:\frac{\pi}{\mathrm{4}}} {tan}^{\mathrm{9}} \left({x}\right){dx}\:=\mathrm{I}_{\mathrm{9}} \mid_{\mathrm{0}} ^{\pi/\mathrm{4}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}−\mathrm{ln}\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}=\frac{−\mathrm{7}}{\mathrm{24}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln2} \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 02/Oct/20
$${thanks}\:{a}\:{lot}\:\: \\ $$
Commented by 1549442205PVT last updated on 07/Oct/20
$$\mathrm{You}\:\mathrm{are}\:\mathrm{welcome}. \\ $$