Question Number 94241 by Ar Brandon last updated on 17/May/20
$$\mathrm{Prove}\:\mathrm{that}\: \\ $$$$\mathrm{arctan}\left(\mathrm{x}\right)+\mathrm{2arctan}\left(\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{x}\right)=\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 17/May/20
$${let}\:\varphi\left({x}\right)\:={arctanx}\:+\mathrm{2}\:{srctan}\left(\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }−{x}\right)\:\Rightarrow \\ $$$$\varphi^{'} \left({x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\:+\mathrm{2}\:×\frac{\left(\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }−{x}\right)^{'} }{\mathrm{1}+\left(\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }−{x}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\:+\mathrm{2}×\frac{\frac{{x}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }}−\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{x}\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }+{x}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\:+\mathrm{2}×\frac{{x}−\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\left(\mathrm{2}\:+\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{x}\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\:+\frac{{x}−\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} −{x}\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\right)} \\ $$$$=\frac{\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }−{x}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)+\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right){x}−\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }}{\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} −{x}\sqrt{\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} }\right)}=\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$$\varphi\left({x}\right)={c} \\ $$$${c}\:=\varphi\left(\mathrm{0}\right)\:=\mathrm{0}\:+\mathrm{2}{arctan}\left(\mathrm{1}\right)\:=\mathrm{2}×\frac{\pi}{\mathrm{4}}\:=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\:\:{the}\:{equality}\:{is}\:{proved}. \\ $$
Answered by som(math1967) last updated on 17/May/20
$$\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \mathrm{x}+\mathrm{2tan}^{−\mathrm{1}} \left(\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{x}\right) \\ $$$$\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \mathrm{x}+\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \frac{\mathrm{2}\left(\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{x}\right)}{\mathrm{1}−\left(\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \mathrm{x}+\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \frac{\mathrm{2}\left(\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{x}\right)}{\mathrm{1}−\mathrm{1}−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2x}\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }}\: \\ $$$$\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \mathrm{x}+\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \frac{\mathrm{2}\left(\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{x}\right)}{\mathrm{2x}\left(\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{x}\right)} \\ $$$$\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \mathrm{x}+\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \frac{\mathrm{1}}{\mathrm{x}} \\ $$$$\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \mathrm{x}+\mathrm{cot}^{−\mathrm{1}} \mathrm{x} \\ $$$$=\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$