Question Number 25483 by rita1608 last updated on 11/Dec/17
$${valute}\:\int\frac{\mathrm{1}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\frac{}{\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\right)}{dx} \\ $$
Answered by prakash jain last updated on 11/Dec/17
$$\mathrm{use}\:\mathrm{partial}\:\mathrm{fraction} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\right)}=\frac{{A}}{{x}−\mathrm{1}}+\frac{{B}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{{Cx}+{D}}{\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\right)} \\ $$$${A}\left({x}−\mathrm{1}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\right)+\left({B}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\right)+\left({Cx}+{D}\right)\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} =\mathrm{1} \\ $$$${A}\left({x}^{\mathrm{3}} −{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{x}−\mathrm{4}\right)+\left({B}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\right)+\left({Cx}+{D}\right)\left({x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)=\mathrm{1} \\ $$$${x}^{\mathrm{3}} :\:{A}+{C}=\mathrm{0}\Rightarrow{A}=−{C}\:\left({I}\right) \\ $$$${x}^{\mathrm{2}} :\:−{A}+{B}−\mathrm{2}{C}+{D}=\mathrm{0} \\ $$$$\:\:\:\:\Rightarrow{C}+{B}−\mathrm{2}{C}+{D}=\mathrm{0}\Rightarrow{B}−{C}+{D}=\mathrm{0}\:\left({II}+\right. \\ $$$${x}:\:\mathrm{4}{A}+{C}−\mathrm{2}{D}=\mathrm{0}\Rightarrow−\mathrm{3}{C}−\mathrm{2}{D}=\mathrm{0}\:\left({III}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\Rightarrow{D}=−\frac{\mathrm{3}{C}}{\mathrm{2}} \\ $$$${substituting}\:{D}\:{in}\:{II} \\ $$$${B}−{C}−\frac{\mathrm{3}{C}}{\mathrm{2}}=\mathrm{0}\Rightarrow{B}=\frac{\mathrm{5}{C}}{\mathrm{2}} \\ $$$${x}^{\mathrm{0}} :\:−\mathrm{4}{A}+\mathrm{4}{B}+{D}=\mathrm{1} \\ $$$$−\mathrm{4}\left(−{C}\right)+\mathrm{4}\left(\frac{\mathrm{5}{C}}{\mathrm{2}}\right)−\frac{\mathrm{3}{C}}{\mathrm{2}}=\mathrm{1} \\ $$$$\Rightarrow\frac{\mathrm{8}{C}+\mathrm{20}{C}−\mathrm{3}{C}}{\mathrm{2}}=\mathrm{1}\Rightarrow{C}=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{25}} \\ $$$${A}=−{C}=−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{25}} \\ $$$${B}=\frac{\mathrm{5}{C}}{\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}} \\ $$$${D}=−\frac{\mathrm{3}{C}}{\mathrm{2}}=\frac{−\mathrm{3}}{\mathrm{25}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\right)}=\frac{{A}}{{x}−\mathrm{1}}+\frac{{B}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{{Cx}+{D}}{\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\right)} \\ $$$$=\frac{−\mathrm{2}}{\mathrm{25}\left({x}−\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{2}{x}−\mathrm{3}}{\mathrm{25}\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\right)} \\ $$$$\int−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{25}\left({x}−\mathrm{1}\right)}{dx}=−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{25}}\mathrm{ln}\:\left({x}−\mathrm{1}\right)+{c}_{\mathrm{1}} \\ $$$$\int\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{dx}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}\centerdot\frac{\mathrm{1}}{\left({x}−\mathrm{1}\right)}+{c}_{\mathrm{2}} \\ $$$$\int\frac{\mathrm{2}{x}−\mathrm{3}}{\mathrm{25}\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\right)}{dx}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{25}}\left[\int\frac{\mathrm{2}{x}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}−\int\frac{\mathrm{3}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}{dx}\right] \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{25}}\left[\int\frac{\mathrm{2}{x}}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\int\frac{\mathrm{1}}{\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{dx}\right] \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{25}}\left[\mathrm{ln}\:\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\right)−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}\right]+{c}_{\mathrm{3}} \\ $$$${ANS} \\ $$$$−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{25}}\mathrm{ln}\:\left({x}−\mathrm{1}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}\left({x}−\mathrm{1}\right)}+ \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{25}}\left[\mathrm{ln}\:\left({x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}\right)−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}\right]+{c} \\ $$