Question Number 43322 by Raj Singh last updated on 09/Sep/18
Commented by maxmathsup by imad last updated on 11/Sep/18
$${let}\:{A}\:=\:\int\:\:\:\:\:\frac{{dx}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)}\:{let}\:{decompose}\:{F}\left({x}\right)\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)} \\ $$$${F}\left({x}\right)\:=\:\frac{{a}}{{x}+\mathrm{1}}\:+\frac{{b}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:+\frac{{cx}\:+{d}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}} \\ $$$${b}\:={lim}_{{x}\rightarrow−\mathrm{1}} \left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} {F}\left({x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${lim}_{{x}\rightarrow+\infty} \:{xF}\left({x}\right)\:=\mathrm{0}\:={a}+{c}\:\Rightarrow{c}\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow{F}\left({x}\right)\:=\frac{{a}}{{x}+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:+\frac{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{x}\:+{d}}{{x}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}} \\ $$$${F}\left({o}\right)\:=\mathrm{1}\:=\:{a}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:+{d}\:\Rightarrow\:{a}+{d}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${F}\left(\mathrm{2}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{45}}\:=\:\frac{{a}}{\mathrm{3}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{18}}\:+\frac{{d}−\mathrm{1}}{\mathrm{5}}\:\Rightarrow\:\mathrm{1}\:=\mathrm{15}{a}\:+\frac{\mathrm{45}}{\mathrm{18}}\:\:+\mathrm{9}{d}−\mathrm{9}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{1}\:=\mathrm{15}{a}\:+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}\:+\mathrm{9}{d}−\mathrm{9}\:\Rightarrow\mathrm{15}{a}\:+\mathrm{9}{d}\:=\mathrm{10}−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{2}}\:=\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{15}{a}\:+\mathrm{9}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}−{a}\right)=\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow\mathrm{6}{a}\:=\frac{\mathrm{15}}{\mathrm{2}}\:−\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{2}}\:=\mathrm{3}\:\Rightarrow{a}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow{d}=\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$${F}\left({x}\right)=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({x}+\mathrm{1}\right)}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:−\frac{{x}}{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)}\:\Rightarrow \\ $$$${A}\:=\:\int\:{F}\left({x}\right){dx}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\mid{x}+\mathrm{1}\mid\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({x}+\mathrm{1}\right)}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}{ln}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)\:+{c}\:. \\ $$
Answered by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 09/Sep/18
$$\left.\mathrm{2}\right)\int\frac{{dx}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\int\frac{{a}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)}{dx}+\int\frac{{b}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{dx}+\int\frac{{cx}+{d}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{dx} \\ $$$${now}\:{calculating}\:{a}\:{b}\:{c}\:{and}\:{d} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}=\frac{{a}}{{x}+\mathrm{1}}+\frac{{b}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{{cx}+{d}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{1}={a}\left({x}+\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)+{b}\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)+\left({cx}+{d}\right)\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\mathrm{1}={a}\left({x}^{\mathrm{3}} +{x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}\right)+{b}\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)+\left({cx}+{d}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right) \\ $$$$\mathrm{1}={a}\left({x}^{\mathrm{3}} +{x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}\right)+{b}\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)+\left(\mathrm{c}{x}^{\mathrm{3}} +\mathrm{2}{cx}^{\mathrm{2}} +{cx}+{dx}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{dx}+{d}\right) \\ $$$$\mathrm{1}={x}^{\mathrm{3}} \left({a}+{c}\right)+{x}^{\mathrm{2}} \left({a}+{b}+\mathrm{2}{c}+{d}\right)+{x}\left({a}+{c}+\mathrm{2}{d}\right)+\left({a}+{b}+{d}\right) \\ $$$${a}+{c}==\mathrm{0} \\ $$$${a}+{b}+\mathrm{2}{c}+{d}=\mathrm{0} \\ $$$$ \\ $$$${a}+{c}+\mathrm{2}{d}=\mathrm{0} \\ $$$${a}+{b}+{d}=\mathrm{1} \\ $$$${a}+{c}+{d}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{0}+{d}=\mathrm{0}\:\:{d}=\mathrm{0} \\ $$$${a}+{b}=\mathrm{1} \\ $$$${a}+{b}+\mathrm{2}{c}+{d}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{1}+\mathrm{2}{c}+\mathrm{0}=\mathrm{0} \\ $$$${c}=\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\:\:\:{a}+{c}=\mathrm{0}\:\:\:{a}=−{c} \\ $$$${a}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\:{a}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\:{a}+{b}=\mathrm{1}\:\:\:{b}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\:{c}=\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\:{d}=\mathrm{0} \\ $$$$\int\frac{{a}}{{x}+\mathrm{1}}{dx}+\int\frac{{b}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }+\int\frac{{cx}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{dx} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{{dx}}{{x}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{{dx}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:\:+\:\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left({x}+\mathrm{1}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\frac{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{−\mathrm{1}} }{−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left({x}\right)+{c} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left({x}+\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({x}+\mathrm{1}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left({x}\right)+{c} \\ $$$$ \\ $$