Question Number 43699 by Meritguide1234 last updated on 14/Sep/18
Commented by Meritguide1234 last updated on 14/Sep/18
$${complete}\:{it} \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 14/Sep/18
$${let}\:{I}\:=\:\int\:\:\frac{\left(\mathrm{1}−\sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }\right)^{\mathrm{2}} }{{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }}{dx}\:\:{we}\:{have}\:\:{I}=\:\int\:\frac{\mathrm{1}−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }+\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }{{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }}{dx} \\ $$$$=\:\int\:\:\:\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }}{dx}\:−\mathrm{2}\:\int\:\:\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} }\:\:\:+\:\int\:\:\:\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }}{{x}^{\mathrm{2}} }{dx}\:\:{but} \\ $$$$−\mathrm{2}\:\int\:\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} }\:=\frac{\mathrm{2}}{{x}}\:+{c}\:\:\:{and}\:\:\int\:\:\:\:\:\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }}\:=\:\int\:\:\:\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\left({x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} \:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}}} \\ $$$$=_{{x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}=\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}{sh}\left({t}\right)} \:\:\:\:\int\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\left(\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}{sh}\left({t}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} \frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}{ch}\left({t}\right)}\:\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\:{ch}\left({t}\right){dt} \\ $$$$=\:\int\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{4}{dt}}{\left(\sqrt{\mathrm{3}}{sh}\left({t}\right)−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\:\int\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{4}{dt}}{\mathrm{3}{sh}^{\mathrm{2}} \left({t}\right)−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}{sh}\left({t}\right)\:+\mathrm{1}} \\ $$$$=\:\int\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{4}{dt}}{\mathrm{3}\frac{\mathrm{1}+{ch}\left(\mathrm{2}{t}\right)}{\mathrm{2}}−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}{sh}\left({t}\right)+\mathrm{1}}\:=\mathrm{8}\:\int\:\:\:\:\frac{{dt}}{\mathrm{3}\:+\mathrm{3}{ch}\left(\mathrm{2}{t}\right)−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}{sh}\left({t}\right)\:+\mathrm{2}} \\ $$$$=\mathrm{8}\:\int\:\:\:\:\frac{{dt}}{\mathrm{3}\:+\mathrm{3}\:\frac{{e}^{\mathrm{2}{t}} \:+{e}^{−\mathrm{2}{t}} }{\mathrm{2}}\:−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}\frac{{e}^{{t}} \:−{e}^{−{t}} }{\mathrm{2}}+\mathrm{2}}\:=\mathrm{16}\:\int\:\:\:\:\:\frac{{dt}}{\mathrm{6}\:+\mathrm{3}\:{e}^{\mathrm{2}{t}} \:+\mathrm{3}{e}^{−\mathrm{2}{t}} \:−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}{e}^{{t}} +\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}{e}^{−{t}} +\mathrm{4}} \\ $$$$=_{{e}^{{t}} \:={u}} \:\:\:\:\mathrm{16}\:\:\int\:\:\:\:\:\:\:\frac{{du}}{{u}\left\{\:\mathrm{10}\:+\mathrm{3}{u}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{3}{u}^{−\mathrm{2}} \:−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}{u}\:+\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}{u}^{−\mathrm{1}} \right\}} \\ $$$$=\mathrm{16}\:\int\:\:\frac{{du}}{\mathrm{10}{u}\:+\mathrm{3}{u}^{\mathrm{3}} \:+\mathrm{3}{u}^{−\mathrm{1}} \:−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}{u}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}} \\ $$$$=\mathrm{16}\:\int\:\:\:\frac{{udu}}{\mathrm{10}{u}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{3}{u}^{\mathrm{4}\:} \:+\mathrm{3}\:−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}{u}^{\mathrm{3}} \:+\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}{u}\:}\:\:{let}\:{decompose} \\ $$$${F}\left({u}\right)\:=\:\frac{{u}}{\mathrm{3}{u}^{\mathrm{4}} \:−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}{u}^{\mathrm{3}} \:+\mathrm{10}{u}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}{u}\:+\mathrm{3}}\:\:…{be}\:{continued}… \\ $$
Commented by MJS last updated on 14/Sep/18
$$\mathrm{there}'\mathrm{s}\:\mathrm{a}\:\mathrm{magic}\:\mathrm{word}\:\mathrm{and}\:\mathrm{I}\:\mathrm{seem}\:\mathrm{to}\:\mathrm{remember} \\ $$$$\mathrm{it}\:\mathrm{starts}\:\mathrm{with}\:“\mathrm{p}''. \\ $$
Commented by Meritguide1234 last updated on 15/Sep/18
Answered by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 14/Sep/18
$$\int\frac{\mathrm{1}−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }\:\:+\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} \:}{{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }\:}{dx} \\ $$$$\int\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }\:}−\mathrm{2}\int\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} }+\int\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }\:}{{x}^{\mathrm{2}} }{dx} \\ $$$${I}={I}_{\mathrm{1}} −\mathrm{2}{I}_{\mathrm{2}} +{I}_{\mathrm{3}} \\ $$$${I}_{\mathrm{1}} =\int\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }\:} \\ $$$${t}=\frac{\mathrm{1}}{{x}}{dx} \\ $$$${dt}=−\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\int\frac{−{dt}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{t}}+\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} }}} \\ $$$$\int\frac{−{tdt}}{\:\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}}\frac{}{} \\ $$$$\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}}{dt} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{{dt}}{\:\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{{d}\left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)}{\:\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{{dt}}{\:\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}.{t}.\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{{d}\left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)}{\:\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}}{dt} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{{dt}}{\:\sqrt{\left({t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} +\left(\frac{\sqrt{\mathrm{3}}\:}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} }}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int\frac{{d}\left({t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}\right)}{\:\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left\{\left({t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}\:\right\}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\frac{\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}}{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left\{\left({t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}\:\right\}−\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}\: \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left\{\left(\frac{\mathrm{1}}{{x}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{{x}}+\mathrm{1}}\:\:\right\}−\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{{x}}+\mathrm{1}}\: \\ $$$${I}_{\mathrm{2}} =\int\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} }=\frac{{x}^{−\mathrm{1}} }{−\mathrm{1}}=\frac{−\mathrm{1}}{{x}} \\ $$$${I}_{\mathrm{3}} =\int\frac{\sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }}{{x}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\int\frac{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }{{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }}{dx} \\ $$$$=\int\frac{{dx}}{{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} \:}}+\int\frac{{dx}}{{x}\sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }\:}+\int\frac{{dx}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$={same}\:{as}\:{I}_{\mathrm{1}} +\int\frac{{dx}}{{x}\sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }}+\int\frac{{dx}}{\:\sqrt{\left({x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} +\left(\frac{\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$={same}\:{as}\:{I}_{\mathrm{1}} +{ln}\left\{\left({x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}}\:\right\}+\int\frac{{dx}}{{x}\sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left\{\left(\frac{\mathrm{1}}{{x}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{{x}}+\mathrm{1}}\:\:\right\}−\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{{x}}+\mathrm{1}}\:+ \\ $$$${ln}\left\{\left({x}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +{x}+\mathrm{1}}\:\right\}+\int\frac{{dx}}{{x}\sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} }}\right. \\ $$$$\int\frac{{dx}}{{x}\sqrt{\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} \:}} \\ $$$${x}=\frac{\mathrm{1}}{{t}}\:\:{dx}=\frac{−\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} }{dt} \\ $$$$\int\frac{−{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} ×\frac{\mathrm{1}}{{t}}×\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{t}}+\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} }}} \\ $$$$\int\frac{−{dt}}{\:\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}} \\ $$$$\left.=−{ln}\left\{{t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+\sqrt{{t}^{\mathrm{2}} +{t}+\mathrm{1}}\:\right\} \\ $$$$=−{ln}\left[\left(\frac{\mathrm{1}}{{x}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+\left\{\sqrt{\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{{x}}+\mathrm{1}}\right\}\right] \\ $$$$\boldsymbol{{N}}{OW}\:{PLS}\:{put}\:{the}\:{value}\:{of}\:{I}_{\mathrm{1}} −\mathrm{2}{I}_{\mathrm{2}} +{I}_{\mathrm{3}} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$