Question Number 163400 by mnjuly1970 last updated on 06/Jan/22
$$ \\ $$$$\:\:\:\:\:{prove}\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\Omega=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\infty} {cot}^{\:−\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}+{x}^{\:\mathrm{2}} \right)=\left(\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}\:\right)\:\:\pi \\ $$$$ \\ $$
Answered by Ar Brandon last updated on 06/Jan/22
$$\Omega=\int\mathrm{cot}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)={x}\mathrm{cot}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)+\int\frac{\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} }{{x}^{\mathrm{4}} +\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{dx} \\ $$$$\:\:\:\:={x}\mathrm{cot}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)+\int\frac{\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)+\left({x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}{{x}^{\mathrm{4}} +\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{dx} \\ $$$$\:\:\:={x}\mathrm{cot}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)+\int\frac{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }}{\left({x}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}{dx}+\int\frac{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }}{\left({x}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)^{\mathrm{2}} }{dx} \\ $$$$\:\:\:={x}\mathrm{cot}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}{x}}\right)−\frac{{x}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}+{C} \\ $$
Answered by Kamel last updated on 07/Jan/22
$$\:\:\:\:\:{prove}\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\Omega=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\infty} {cot}^{\:−\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}+{x}^{\:\mathrm{2}} \right)=\left(\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}\:\right)\:\:\pi \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{2}\int_{\mathrm{0}} ^{+\infty} \frac{{x}^{\mathrm{2}} {dx}}{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} }\overset{{t}={x}^{\mathrm{2}} } {=}\int_{\mathrm{0}} ^{+\infty} \frac{\sqrt{{t}}{dt}}{\mathrm{1}+\left(\mathrm{1}+{t}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\frac{\sqrt{\pi}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{+\infty} \frac{{sin}\left({t}\right){e}^{−{t}} }{{t}^{\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}} }{dt}=\frac{\sqrt{\pi}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{1}} ^{+\infty} \int_{\mathrm{0}} ^{+\infty} \frac{{sin}\left({t}\right)}{\:\sqrt{{t}}}{e}^{−{at}} {dtda} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:=\sqrt{\pi}\int_{\mathrm{1}} ^{+\infty} \int_{\mathrm{0}} ^{+\infty} {sin}\left({u}^{\mathrm{2}} \right){e}^{−{au}^{\mathrm{2}} } {duda} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:=\frac{\pi}{\mathrm{4}{i}}\int_{\mathrm{1}} ^{+\infty} \left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{{a}−{i}}}−\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{{a}+{i}}}\right){da}=\frac{\pi}{\mathrm{2}{i}}\left(\sqrt{\mathrm{1}+{i}}−\sqrt{\mathrm{1}−{i}}\right)=\pi\sqrt{\sqrt{\mathrm{2}}}{sin}\left(\frac{\pi}{\mathrm{8}}\right) \\ $$$${sin}\left(\frac{\pi}{\mathrm{8}}\right)=\sqrt{\frac{\mathrm{1}−{cos}\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)}{\mathrm{2}}}=\sqrt{\frac{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}}=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\sqrt{\mathrm{2}}}}\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \\ $$$$\therefore\:\:\Omega=\pi\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 07/Jan/22
$${bravo}… \\ $$