Question Number 129679 by BHOOPENDRA last updated on 17/Jan/21
Answered by mathmax by abdo last updated on 18/Jan/21
$$\mathrm{I}=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{x}\sqrt{\mathrm{tanx}}\mathrm{dx}\:\:\mathrm{changement}\:\sqrt{\mathrm{tanx}}=\mathrm{t}\:\mathrm{give}\:\mathrm{tanx}=\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:\Rightarrow\mathrm{x}=\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{I}=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\mathrm{t}\:\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)×\frac{\mathrm{2t}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\mathrm{dt}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\:\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{dt} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{dt}\:+\int_{\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\:\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{dt}\left(\rightarrow\mathrm{t}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{u}}\right) \\ $$$$=\mathrm{2}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\mathrm{dt}\:+\mathrm{2}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{u}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{u}^{\mathrm{4}} }\right)}\left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\right)\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{u}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\mathrm{2}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\mathrm{dt}\:+\mathrm{2}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{u}^{\mathrm{4}} \:+\mathrm{1}}\left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\right)\mathrm{dt} \\ $$$$=\mathrm{2}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\mathrm{dt}\:+\pi\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{u}^{\mathrm{4}} \:+\mathrm{1}}\:\mathrm{and} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{4}} }\mathrm{dt}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{t}^{\mathrm{4n}} \mathrm{dt} \\ $$$$=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{dt}\:=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{u}_{\mathrm{n}} \\ $$$$\mathrm{u}_{\mathrm{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{dt}…\mathrm{be}\:\mathrm{continued}… \\ $$
Commented by BHOOPENDRA last updated on 19/Jan/21
$${thank}\:{you}\:{sir} \\ $$