Question Number 95546 by Fikret last updated on 25/May/20
$$\int{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{{a}^{\mathrm{2}} +{x}^{\mathrm{2}} }{dx}=? \\ $$
Answered by MJS last updated on 25/May/20
$$\int{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} }{dx}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{t}=\frac{{x}+\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} }}{{a}}\:\rightarrow\:{dx}=\frac{{a}\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} }}{{x}+\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} }}{dt}\right] \\ $$$$=\frac{{a}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{16}}\int\frac{{t}^{\mathrm{8}} −\mathrm{2}{t}^{\mathrm{4}} +\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{5}} }{dt}= \\ $$$$=\frac{{a}^{\mathrm{4}} \left({t}^{\mathrm{8}} −\mathrm{1}\right)}{\mathrm{64}{t}^{\mathrm{4}} }−\frac{{a}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{8}}\mathrm{ln}\:{t}\:= \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}{x}\left(\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} \right)\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} }−\frac{{a}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{8}}\mathrm{ln}\:\left({x}+\sqrt{{x}^{\mathrm{2}} +{a}^{\mathrm{2}} }\right)\:+\mathrm{C} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 26/May/20
$$\mathrm{I}\:=\int\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} +\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx}\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{do}\:\mathrm{the}\:\mathrm{cha7gement}\:\mathrm{x}\:=\mathrm{asht}\:\Rightarrow \\ $$$$\int\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \sqrt{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx}\:=\int\mathrm{a}^{\mathrm{2}} \:\mathrm{sh}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{t}\right)\mid\mathrm{a}\mid\mathrm{ch}\left(\mathrm{t}\right)\mathrm{ach}\left(\mathrm{t}\right)\mathrm{dt} \\ $$$$=\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid\:\int\:\left(\mathrm{sht}\:\mathrm{cht}\right)^{\mathrm{2}} \:\mathrm{dt}\:=\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid}{\mathrm{4}}\:\int\:\mathrm{sh}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2t}\right)\mathrm{dt}\:= \\ $$$$=\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid}{\mathrm{4}}\:\int\frac{\mathrm{ch}\left(\mathrm{4t}\right)−\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{dt}\:=\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid}{\mathrm{8}}\:\int\:\mathrm{ch}\left(\mathrm{4t}\right)\mathrm{dt}\:−\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid}{\mathrm{8}}\mathrm{t} \\ $$$$=\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid}{\mathrm{32}}\mathrm{sh}\left(\mathrm{4t}\right)−\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid}{\mathrm{8}}\:\mathrm{t}\:+\mathrm{C}\: \\ $$$$=\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid}{\mathrm{32}}\left(\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{4t}} −\mathrm{e}^{−\mathrm{4t}} }{\mathrm{2}}\right)\:−\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid}{\mathrm{8}}\mathrm{argsh}\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{a}}\right)+\mathrm{C} \\ $$$$=\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid}{\mathrm{64}}\left(\left(\mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{a}}+\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }}\right)^{\mathrm{4}} −\left(\mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{a}}+\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }}\right)^{−\mathrm{4}} \right)\right.\right. \\ $$$$−\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid}{\mathrm{8}}\mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{a}}+\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }}\right)\:+\mathrm{C} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 26/May/20
$$\mathrm{sorry}\:\mathrm{I}\:=\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid}{\mathrm{64}}\left\{\:\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{a}}+\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }}\right)^{\mathrm{4}} −\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{a}}+\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }}\right)^{−\mathrm{4}} \right\} \\ $$$$−\frac{\mathrm{a}^{\mathrm{3}} \mid\mathrm{a}\mid}{\mathrm{8}}\mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{a}}+\sqrt{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{a}^{\mathrm{2}} }}\right)\:+\mathrm{C} \\ $$