Question Number 63410 by aliesam last updated on 03/Jul/19
Commented by mathmax by abdo last updated on 03/Jul/19
$$\left.\mathrm{2}\right)\:{let}\:{I}\:=\int\:\:\:\frac{{xdx}}{\mathrm{1}+{sinx}}\:\:\:{changement}\:{tan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)={t}\:{give}\: \\ $$$${I}\:=\:\int\:\:\:\frac{\mathrm{2}{arctan}\left({t}\right)}{\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{2}{t}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }\right)\left(\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} \right)}{dt}\:=\:\mathrm{2}\int\:\:\:\:\frac{{arctan}\left({t}\right)}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{2}{t}}\:{dt}\:=\mathrm{2}\:\int\:\:\:\frac{{arctan}\left({t}\right)}{\left({t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:{dt}\:\: \\ $$$$=_{{by}\:{pwrts}} \:\:\:\:\mathrm{2}\left\{\:\:\:−\frac{{arcant}}{{t}+\mathrm{1}}\:−\int\:\:−\frac{\mathrm{1}}{{t}+\mathrm{1}}\:\frac{{dt}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }\right\} \\ $$$$−\frac{\mathrm{2}\:{arctan}\left({t}\right)}{{t}+\mathrm{1}}\:+\:\mathrm{2}\:\int\:\:\:\frac{{dt}}{\left({t}+\mathrm{1}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)}\:\:{let}\:{decompose} \\ $$$${F}\left({t}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\left({t}+\mathrm{1}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)}\:\Rightarrow{F}\left({t}\right)\:=\frac{{a}}{{t}+\mathrm{1}}\:+\frac{{bt}\:+{c}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}} \\ $$$${a}\:={lim}_{{t}\rightarrow−\mathrm{1}} \left({t}+\mathrm{1}\right){F}\left({t}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${lim}_{{t}\rightarrow+\infty} {t}\:{F}\left({t}\right)\:=\mathrm{0}\:={a}+{b}\:\Rightarrow{b}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow{F}\left({t}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({t}+\mathrm{1}\right)}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\frac{{t}\:−\mathrm{2}{c}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}} \\ $$$${F}\left(\mathrm{0}\right)\:=\mathrm{1}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:+{c}\:\Rightarrow{c}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow{F}\left({t}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({t}+\mathrm{1}\right)}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\frac{{t}−\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:\Rightarrow \\ $$$$\int\:\:\frac{{dt}}{\left({t}+\mathrm{1}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)}\:=\:\int\:\:\frac{{dt}}{\mathrm{2}\left({t}+\mathrm{1}\right)}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:\int\:\:\frac{\mathrm{2}{t}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\int\:\:\:\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\mid{t}+\mathrm{1}\mid−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}{ln}\left({t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:{arctan}\left({t}\right)+{c} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\mid\mathrm{1}+{tan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)\mid−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}{ln}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} \left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)\right)\:+{x}\:+{c}\:\:\Rightarrow \\ $$$${I}\:=−\frac{{x}}{\mathrm{1}+{tan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)}\:+{ln}\mid\mathrm{1}+{tan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)\mid−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left(\mathrm{1}+{tan}^{\mathrm{2}} \left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)\right)\:+{x}\:+{c}\:. \\ $$
Commented by aliesam last updated on 04/Jul/19
$${perfect} \\ $$
Answered by MJS last updated on 04/Jul/19
$$\left.\mathrm{2}\right) \\ $$$$\int\frac{{x}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}{dx} \\ $$$$\mathrm{by}\:\mathrm{parts} \\ $$$${u}'=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}\:\rightarrow\:{u}=\int\frac{{dx}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}} \\ $$$${v}={x}\:\rightarrow\:{v}'=\mathrm{1} \\ $$$$\int{u}'{v}={uv}−\int{uv}' \\ $$$$\int\frac{{x}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}{dx}={x}\int\frac{{dx}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}−\int\left(\int\frac{{dx}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}\right){dx} \\ $$$$\int\frac{{dx}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{t}=\mathrm{tan}\:\frac{{x}}{\mathrm{2}}\:\rightarrow\:{dx}=\mathrm{2cos}^{\mathrm{2}} \:\frac{{x}}{\mathrm{2}}\:{dt}\right] \\ $$$$=\mathrm{2}\int\frac{{dt}}{\left({t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=−\frac{\mathrm{2}}{{t}+\mathrm{1}}=−\mathrm{2}\frac{\mathrm{cos}\:\frac{{x}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{cos}\:\frac{{x}}{\mathrm{2}}\:+\mathrm{sin}\:\frac{{x}}{\mathrm{2}}}= \\ $$$$=\mathrm{tan}\:{x}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{cos}\:{x}}−\mathrm{1} \\ $$$$\int\left(\int\frac{{dx}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}\right){dx}=\int\mathrm{tan}\:{x}\:{dx}−\int\frac{{dx}}{\mathrm{cos}\:{x}}−\int{dx}= \\ $$$$=−\mathrm{ln}\:\mathrm{cos}\:{x}\:−\mathrm{ln}\:\frac{\mathrm{cos}\:{x}}{\mathrm{1}−\mathrm{sin}\:{x}}\:−{x}=−{x}+\mathrm{ln}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$$\int\frac{{x}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}{dx}={x}\mathrm{tan}\:{x}\:−\frac{{x}}{\mathrm{cos}\:{x}}−{x}+{x}−\mathrm{ln}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}\:= \\ $$$$={x}\mathrm{tan}\:{x}\:−\frac{{x}}{\mathrm{cos}\:{x}}−\mathrm{ln}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}\:+{C} \\ $$
Answered by MJS last updated on 04/Jul/19
$$\left.\mathrm{1}\right) \\ $$$$\int\frac{{dx}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{tan}\:{x}}}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{t}=\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{tan}\:{x}}\:\rightarrow\:{dx}=\frac{\mathrm{2}{t}}{{t}^{\mathrm{4}} −\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}{dt}\right] \\ $$$$=\mathrm{2}\int\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{4}} −\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}=\mathrm{2}\int\frac{{dt}}{\left({t}^{\mathrm{2}} −\sqrt{\mathrm{2}+\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}{t}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} +\sqrt{\mathrm{2}+\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}{t}+\sqrt{\mathrm{2}}\right)}= \\ $$$$\sqrt{\mathrm{2}+\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}={a} \\ $$$$\sqrt{\mathrm{2}}={b} \\ $$$$=\mathrm{2}\int\frac{{dt}}{\left({t}^{\mathrm{2}} −{at}+{b}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} +{at}+{b}\right)}= \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{{ab}}\int\frac{{t}−{a}}{{t}^{\mathrm{2}} −{at}+{b}}{dt}+\frac{\mathrm{1}}{{ab}}\int\frac{{t}+{a}}{{t}^{\mathrm{2}} +{at}+{b}}{dt}= \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{ab}}\int\frac{\mathrm{2}{t}−{a}}{{t}^{\mathrm{2}} −{at}+{b}}{dt}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{b}}\int\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} −{at}+{b}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{ab}}\int\frac{\mathrm{2}{t}+{a}}{{t}^{\mathrm{2}} +{at}+{b}}{dt}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{b}}\int\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} +{at}+{b}}= \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{ab}}\mathrm{ln}\:\left({t}^{\mathrm{2}} −{at}+{b}\right)\:+\frac{\mathrm{1}}{{b}\sqrt{\mathrm{4}{b}−{a}^{\mathrm{2}} }}\mathrm{arctan}\:\frac{\mathrm{2}{t}−{a}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{b}−{a}^{\mathrm{2}} }}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{ab}}\mathrm{ln}\:\left({t}^{\mathrm{2}} +{at}+{b}\right)\:+\frac{\mathrm{1}}{{b}\sqrt{\mathrm{4}{b}−{a}^{\mathrm{2}} }}\mathrm{arctan}\:\frac{\mathrm{2}{t}+{a}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{b}−{a}^{\mathrm{2}} }}\:= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{ab}}\mathrm{ln}\:\frac{{t}^{\mathrm{2}} +{at}+{b}}{{t}^{\mathrm{2}} −{at}+{b}}\:+\frac{\mathrm{1}}{{b}\sqrt{\mathrm{4}{b}−{a}^{\mathrm{2}} }}\left(\mathrm{arctan}\:\frac{\mathrm{2}{t}−{a}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{b}−{a}^{\mathrm{2}} }}\:+\mathrm{arctan}\:\frac{\mathrm{2}{t}+{a}}{\:\sqrt{\mathrm{4}{b}−{a}^{\mathrm{2}} }}\right) \\ $$$$… \\ $$