Question Number 179137 by yaslm last updated on 25/Oct/22
Answered by MJS_new last updated on 26/Oct/22
$$\int\frac{\mathrm{sin}\:\mathrm{3}{x}}{\:\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:{x}\:\mathrm{cos}\:{x}}}{dx}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{t}=\mathrm{tan}\:{x}\:\rightarrow\:{dx}=\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\right] \\ $$$$=−\int\frac{{t}\left({t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\right)}{\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \sqrt{{t}^{\mathrm{2}} −{t}+\mathrm{1}}}{dt}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{u}=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}\left(\mathrm{2}{t}−\mathrm{1}\right)}{\mathrm{3}}\:\rightarrow\:{dt}=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}{du}\right] \\ $$$$=−\mathrm{2}\int\frac{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}{u}^{\mathrm{3}} +\mathrm{9}{u}^{\mathrm{2}} −\mathrm{9}\sqrt{\mathrm{3}}{u}−\mathrm{11}}{\:\sqrt{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\left(\mathrm{3}{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}{u}+\mathrm{5}\right)^{\mathrm{2}} }{du}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{v}={u}+\sqrt{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\:\rightarrow\:{du}=\frac{\sqrt{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}}{{v}}{dv}\right] \\ $$$$=−\mathrm{4}\int\frac{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}{v}^{\mathrm{6}} +\mathrm{18}{v}^{\mathrm{5}} −\mathrm{45}\sqrt{\mathrm{3}}{v}^{\mathrm{4}} −\mathrm{124}{v}^{\mathrm{3}} +\mathrm{45}\sqrt{\mathrm{3}}{v}^{\mathrm{2}} +\mathrm{18}{v}−\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}{\left(\mathrm{3}{v}^{\mathrm{4}} +\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}{v}^{\mathrm{3}} +\mathrm{14}{v}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}{v}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} }{dv}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{w}={v}+\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\:\rightarrow\:{dv}={dw}\right] \\ $$$$=−\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\int\frac{{w}^{\mathrm{6}} −\mathrm{20}{w}^{\mathrm{4}} +\frac{\mathrm{32}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}{w}^{\mathrm{3}} +\frac{\mathrm{64}}{\mathrm{3}}{w}^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{128}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}{w}+\frac{\mathrm{128}}{\mathrm{27}}}{\left({w}^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}}{\mathrm{3}}{w}+\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{2}−\sqrt{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{3}}\right)^{\mathrm{2}} \left({w}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}}{\mathrm{3}}{w}+\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{3}}\right)^{\mathrm{2}} }{dw}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[\mathrm{Ostrogradski}'\mathrm{s}\:\mathrm{Method}\right] \\ $$$$=\frac{\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}{w}^{\mathrm{3}} +\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{3}}{w}^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{80}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}{w}+\frac{\mathrm{32}}{\mathrm{3}}}{\left({w}^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}}{\mathrm{3}}{w}+\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{2}−\sqrt{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{3}}\right)\left({w}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}}{\mathrm{3}}{w}+\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{3}}\right)}+\frac{\mathrm{32}}{\mathrm{3}}\int\frac{{w}−\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}}{\left({w}^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}}{\mathrm{3}}{w}+\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{2}−\sqrt{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{3}}\right)\left({w}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}}{\mathrm{3}}{w}+\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{3}}\right)}{dw}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[\mathrm{decompose}\:\&\:\mathrm{formula}\right] \\ $$$$=\frac{\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}{w}^{\mathrm{3}} +\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{3}}{w}^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{80}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{9}}{w}+\frac{\mathrm{32}}{\mathrm{3}}}{\left({w}^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}}{\mathrm{3}}{w}+\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{2}−\sqrt{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{3}}\right)\left({w}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}}{\mathrm{3}}{w}+\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{3}}\right)}+ \\ $$$$\:\:\:\:\:+\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\:\frac{\mathrm{3}{w}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}{w}+\mathrm{4}\left(\mathrm{2}−\sqrt{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{3}{w}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}{w}+\mathrm{4}\left(\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)}\:+ \\ $$$$\:\:\:\:\:+\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{arctan}\:\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}\left(\sqrt{\mathrm{3}}{w}−\mathrm{2}\right)}{\mathrm{3}{w}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{that}'\mathrm{s}\:\mathrm{the}\:\mathrm{path},\:\mathrm{I}\:\mathrm{might}\:\mathrm{have}\:\mathrm{made}\:\mathrm{some} \\ $$$$\mathrm{mistakes}\:\mathrm{though},\:\mathrm{it}'\mathrm{s}\:\mathrm{a}\:\mathrm{bit}\:\mathrm{complicated}… \\ $$
Commented by MJS_new last updated on 26/Oct/22
$$\mathrm{the}\:\mathrm{answer}\:\mathrm{is} \\ $$$$\underset{\mathrm{0}} {\overset{\pi/\mathrm{2}} {\int}}\frac{\mathrm{sin}\:\mathrm{3}{x}}{\:\sqrt{\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:{x}\:\mathrm{cos}\:{x}}}{dx}=\mathrm{2}\left(\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\:\left(\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)\:−\mathrm{1}\right) \\ $$
Commented by yaslm last updated on 26/Oct/22
great sir . thank you