Question Number 125969 by nico last updated on 16/Dec/20
Commented by nico last updated on 16/Dec/20
$${help}… \\ $$
Answered by MJS_new last updated on 16/Dec/20
$$\mathrm{let}\:{t}=\frac{{x}}{\:\sqrt{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }}\:\rightarrow\:{dx}=\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{3}/\mathrm{2}} {dt} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$$\int\frac{{t}+\mathrm{1}}{\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} −{t}+\mathrm{1}\right)}{dt}=\int\frac{{t}−\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{dt}−\int\frac{{t}−\mathrm{2}}{{t}^{\mathrm{2}} −{t}+\mathrm{1}}{dt}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{\mathrm{2}{t}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{dt}−\int\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{\mathrm{2}{t}−\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} −{t}+\mathrm{1}}{dt}+\mathrm{6}\int\frac{{dt}}{\left(\mathrm{2}{t}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{3}}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\:\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)\:−\mathrm{arctan}\:{t}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\:\left({t}^{\mathrm{2}} −{t}+\mathrm{1}\right)\:+\sqrt{\mathrm{3}}\mathrm{arctan}\:\frac{\sqrt{\mathrm{3}}\left(\mathrm{2}{t}−\mathrm{1}\right)}{\mathrm{3}}\:= \\ $$$$… \\ $$$$=\sqrt{\mathrm{3}}\mathrm{arctan}\:\frac{\sqrt{\mathrm{3}}\left(\mathrm{2}{x}−\sqrt{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }\right)}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }}\:−\mathrm{arcsin}\:{x}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\:\mid\mathrm{1}−{x}\sqrt{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }\mid\:+{C} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 16/Dec/20
$$\mathrm{A}\:=\int\:\frac{\mathrm{x}+\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{1}−\mathrm{x}\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }}\mathrm{dx}\:\mathrm{we}\:\mathrm{do}\:\mathrm{ch}.\:\:\:\:\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }=\mathrm{1}−\mathrm{xt}\:\Rightarrow\mathrm{1}−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \:=\left(\mathrm{1}−\mathrm{xt}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{1}−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \:=\mathrm{1}−\mathrm{2xt}\:+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:\Rightarrow−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \:=−\mathrm{2xt}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:\Rightarrow−\mathrm{x}=−\mathrm{2t}+\mathrm{xt}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow−\mathrm{2t}+\mathrm{xt}^{\mathrm{2}} +\mathrm{x}\:=\mathrm{0}\:\Rightarrow\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{x}=\mathrm{2t}\:\Rightarrow\mathrm{x}=\frac{\mathrm{2t}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:\Rightarrow \\ $$$$\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}\:=\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)−\mathrm{2t}\left(\mathrm{2t}\right)}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}−\mathrm{4t}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{2}−\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{A}\:=\int\:\:\:\frac{\frac{\mathrm{2t}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}+\mathrm{1}−\frac{\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}}{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{2t}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\right)}×\frac{\mathrm{2}−\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt} \\ $$$$=\int\:\:\frac{\mathrm{2t}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}\:} +\mathrm{1}−\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} \left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{2t}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}×\frac{\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\right)}\mathrm{dt} \\ $$$$=\int\:\:\frac{−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2t}+\mathrm{1}}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} \left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{2t}−\mathrm{2t}^{\mathrm{3}} }{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\right)}\mathrm{dt} \\ $$$$=\int\:\:\frac{−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2t}+\mathrm{1}}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)\left(\:\:\mathrm{t}^{\mathrm{4}} +\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}−\mathrm{2t}+\mathrm{2t}^{\mathrm{3}} \right)}\mathrm{dt} \\ $$$$=\int\:\:\frac{−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2t}+\mathrm{1}}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{t}^{\mathrm{4}} \:+\mathrm{2t}^{\mathrm{3}} \:+\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2t}+\mathrm{1}\right)}\mathrm{dt}\:\:\mathrm{rest}\:\mathrm{decomposition}\:\mathrm{of} \\ $$$$\mathrm{F}\left(\mathrm{t}\right)=\frac{−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2t}+\mathrm{1}}{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{t}^{\mathrm{4}} \:+\mathrm{2t}^{\mathrm{3}} \:+\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2t}\:+\mathrm{1}\right)}….\mathrm{be}\:\mathrm{continued}… \\ $$
Answered by liberty last updated on 17/Dec/20
$${let}\:{x}^{\mathrm{2}} =\:\frac{{p}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} }\wedge\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} }{{p}^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow\mathrm{2}{x}\:{dx}\:=\:\frac{\mathrm{2}{p}\left(\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} \right)−\mathrm{2}{p}^{\mathrm{3}} }{\left(\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} }{dp} \\ $$$${x}\:{dx}\:=\:\frac{{p}}{\left(\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{2}} }\:{dp}\:\Rightarrow{dx}\:=\:\frac{{dp}}{\left(\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{3}/\mathrm{2}} } \\ $$$${I}=\:\int\:\frac{\frac{{p}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} }}+\mathrm{1}}{\mathrm{1}−\frac{{p}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} }}}\:\left(\frac{{dp}}{\left(\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{3}/\mathrm{2}} }\right) \\ $$$${I}=\int\:\frac{{p}+\sqrt{\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} }}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} }−{p}}\left(\frac{{dp}}{\left(\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} \right)^{\mathrm{3}/\mathrm{2}} }\right) \\ $$$${let}\:{p}\:=\:\mathrm{tan}\:{z}\: \\ $$$${I}\:=\:\int\:\left(\frac{\mathrm{tan}\:{z}+\mathrm{sec}\:{z}}{\mathrm{sec}\:{z}−\mathrm{tan}\:{z}}\right)\left(\frac{\mathrm{sec}\:^{\mathrm{2}} {z}\:}{\mathrm{sec}\:^{\mathrm{3}} {z}}\right){dz} \\ $$$${I}=\:\int\:\left(\frac{\mathrm{sin}\:{z}+\mathrm{1}}{\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:{z}}\right)\mathrm{cos}\:{z}\:{dz}\: \\ $$$${I}=\int\left(\frac{\mathrm{1}+\mathrm{2sin}\:{z}+\mathrm{sin}\:^{\mathrm{2}} {z}}{\mathrm{cos}\:{z}}\right){dz} \\ $$$${I}=\int\left(\frac{\mathrm{2}+\mathrm{2sin}\:{z}−\mathrm{cos}\:^{\mathrm{2}} {z}}{\mathrm{cos}\:{z}}\right){dz}\:=\:\int\left(\mathrm{2sec}\:{z}−\mathrm{cos}\:{z}+\frac{\mathrm{2sin}\:{z}}{\mathrm{cos}\:{z}}\right){dz} \\ $$$$=\:\mathrm{2ln}\:\mid\mathrm{sec}\:{z}+\mathrm{tan}\:{z}\mid−\mathrm{sin}\:{z}−\mathrm{2ln}\:\mid\mathrm{cos}\:{z}\:\mid+{c} \\ $$$$=\mathrm{2ln}\:\mid\frac{\mathrm{sec}\:{z}+\mathrm{tan}\:{z}}{\mathrm{cos}\:{z}}\:\mid−\mathrm{sin}\:{z}\:+\:{c}\: \\ $$$$=\mathrm{2ln}\:\mid\frac{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{z}}{\mathrm{cos}\:^{\mathrm{2}} {z}}\:\mid−\mathrm{sin}\:{z}\:+\:{c}\: \\ $$$$=\mathrm{2ln}\:\mid\frac{\mathrm{1}+\frac{{p}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} }}}{\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} }}\:\mid−\frac{{p}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} }}\:+{c}\: \\ $$$$=\mathrm{2ln}\:\mid\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} +{p}\sqrt{\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} }\:\mid−\frac{{p}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{p}^{\mathrm{2}} }}\:+\:{c} \\ $$$$=−{x}+\mathrm{2ln}\:\mid\mathrm{1}+\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}}{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }\mid\:+{c} \\ $$$$=−{x}+\mathrm{2ln}\:\mid\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{x}}\mid\:+\:{c}\: \\ $$