Question Number 102198 by Study last updated on 07/Jul/20
$$\int\frac{{x}}{{sin}^{\mathrm{2}} {x}−\mathrm{3}}{dx}=? \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 08/Jul/20
$$\mathrm{not}\:\mathrm{resoluble}\sqrt{!} \\ $$
Answered by Dwaipayan Shikari last updated on 08/Jul/20
$$\int\frac{{x}}{\left({sinx}+\sqrt{\mathrm{3}}\right)\left({sinx}−\sqrt{\mathrm{3}}\right)} \\ $$$$\frac{{x}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}\int\frac{\mathrm{1}}{{sinx}−\sqrt{\mathrm{3}}}−\frac{\mathrm{1}}{{sinx}−\sqrt{\mathrm{3}}}{dx}−\int\left(\int\frac{\mathrm{1}}{{sin}^{\mathrm{2}} {x}−\mathrm{3}}\right){dx} \\ $$$${x}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}\left({I}_{{a}} −{I}_{{b}} \right)−\int\left(\int\frac{\mathrm{1}}{{sin}^{\mathrm{2}} {x}−\mathrm{3}}\right){dx} \\ $$$${I}_{{a}} =\int\frac{\mathrm{1}}{{sinx}−\sqrt{\mathrm{3}}}{dx} \\ $$$$\:\:\:\:=\mathrm{2}\int\frac{{dt}}{\left(\frac{\mathrm{2}{t}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}−\sqrt{\mathrm{3}}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}=\mathrm{2}\int\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{t}−\sqrt{\mathrm{3}}{t}^{\mathrm{2}} −\sqrt{\mathrm{3}}}{dt}=−\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\int\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{2}{t}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}+\mathrm{1}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=−\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\int\frac{\mathrm{1}}{\left({t}−\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\right)^{\mathrm{2}} +\left(\sqrt{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}}\right)^{\mathrm{2}} }{dt} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=−\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}{tan}^{−\mathrm{1}} \frac{\sqrt{\mathrm{3}}{t}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:=−\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}{tan}^{−\mathrm{1}} \frac{\sqrt{\mathrm{3}}{tan}\frac{{x}}{\mathrm{2}}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}} \\ $$$${I}_{{b}} =\int\frac{\mathrm{1}}{{sinx}+\sqrt{\mathrm{3}}}=\mathrm{2}\int\frac{\mathrm{1}}{\left(\frac{\mathrm{2}{t}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}+\sqrt{\mathrm{3}}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}{dt} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}\int\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{2}{t}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}+\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}{tan}^{−\mathrm{1}} \frac{\sqrt{\mathrm{3}}{tan}\frac{{x}}{\mathrm{2}}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}} \\ $$$$\frac{{x}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}\left({I}_{{a}} −{I}_{{b}} \right)=−\frac{{x}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}}\left({tan}^{−\mathrm{1}} \frac{\sqrt{\mathrm{3}}{tan}\frac{{x}}{\mathrm{2}}+\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}+{tan}^{−\mathrm{1}} \frac{\sqrt{\mathrm{3}}{tan}\frac{{x}}{\mathrm{2}}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\right)…. \\ $$$$…..{continue} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$${But}\:{now}\:{we}\:{have}\:{to}\:{integrate} \\ $$$$\int\left({I}_{{a}} −{I}_{{b}} \right)=\:−\int{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}{tan}\frac{{x}}{\mathrm{2}}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}}{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{3}{tan}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}\right) \\ $$$$−\int{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}{tan}\frac{{x}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{1}−\mathrm{3}{tan}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}\right)……..{continue} \\ $$$$=−{xtan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}{tan}\frac{{x}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{1}−\mathrm{3}{tan}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}\right)+\int\frac{{x}\sqrt{\mathrm{6}}{sec}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{1}+\mathrm{9}{tan}^{\mathrm{4}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}+\mathrm{18}{tan}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$$\frac{{x}}{−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}\left({I}_{{a}} −{I}_{{b}} \right)−\int\left({I}_{{a}} −{I}_{{b}} \right) \\ $$$$=−\frac{\left({x}+\mathrm{1}\right)}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}}\left({tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{6}}{tan}\frac{{x}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{1}−\mathrm{3}{tan}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}\right)\right)+\int\frac{{x}\sqrt{\mathrm{6}}{sec}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{1}+\mathrm{9}{tan}^{\mathrm{4}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}+\mathrm{18}{tan}^{\mathrm{2}} \frac{{x}}{\mathrm{2}}}+{Constant} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$