Question Number 197396 by sonukgindia last updated on 16/Sep/23
Commented by Frix last updated on 16/Sep/23
$$\mathrm{We}\:\mathrm{had}\:\mathrm{this}\:\mathrm{several}\:\mathrm{times}\:\mathrm{before}. \\ $$$${t}=\sqrt{\mathrm{tan}\:{x}}\:\Rightarrow\:\mathrm{2}\int\frac{{t}^{\mathrm{2}} }{{t}^{\mathrm{4}} +\mathrm{1}}{dt} \\ $$$$\mathrm{which}\:\mathrm{can}\:\mathrm{be}\:\mathrm{solved}\:\mathrm{by}\:\mathrm{decomposing} \\ $$
Answered by universe last updated on 16/Sep/23
$$\:\mathrm{2}{I}\:\:=\:\int\underset{{I}_{\mathrm{1}} } {\underbrace{\left(\sqrt{\mathrm{tan}\:{x}}\:+\:\sqrt{\mathrm{cot}\:{x}}\:\right)}{dx}}\:+\underset{{I}_{\mathrm{2}} } {\underbrace{\:\int\left(\sqrt{\mathrm{tan}\:{x}}\:−\:\sqrt{\mathrm{cot}\:{x}\:}\:\right){dx}}} \\ $$$${I}_{\mathrm{1}} \:\:=\:\:\sqrt{\mathrm{2}}\int\frac{\mathrm{sin}\:{x}\:+\:\mathrm{cos}\:{x}}{\:\sqrt{\mathrm{2sin}\:{x}\mathrm{cos}\:{x}}}{dx} \\ $$$${I}_{\mathrm{1}} \:=\:\:\sqrt{\mathrm{2}}\int\frac{\left(\mathrm{sin}\:{x}\:+\mathrm{cos}\:{x}\right)}{\:\sqrt{\mathrm{1}−\left(\mathrm{sin}\:{x}\:−\:\mathrm{cos}\:{x}\right)^{\mathrm{2}} }}{dx} \\ $$$${let}\: \\ $$$$\mathrm{sin}\:{x}\:−\:\mathrm{cos}\:{x}\:=\:{t}\:\:\Rightarrow\:\left(\mathrm{cos}\:{x}\:+\mathrm{sin}\:{x}\right){dx}={dt} \\ $$$$\:\:{I}_{\mathrm{1}} \:=\:\sqrt{\mathrm{2}}\int\frac{{dt}}{\:\sqrt{\mathrm{1}−{t}^{\mathrm{2}} }}\:=\:\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{sin}^{−\mathrm{1}} {t}\:+\:{C}_{\mathrm{1}} \\ $$$$\:\:{I}_{\mathrm{1}\:} \:=\:\:\sqrt{\mathrm{2}}\:\mathrm{sin}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{sin}\:{x}\:−\:\mathrm{cos}\:{x}\right)\:+\:{C}_{\mathrm{1}} \\ $$$${now}\: \\ $$$${I}_{\mathrm{2}\:} =\:−\sqrt{\mathrm{2}}\int\frac{\left(−\mathrm{sin}\:{x}\:+\mathrm{cos}\:{x}\right)}{\:\sqrt{\left(\mathrm{sin}\:{x}\:+\:\mathrm{cos}\:{x}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}}{dx} \\ $$$$\:\:{let}\:\mathrm{sin}\:{x}\:+\:\mathrm{cos}\:{x}\:=\:{y}\: \\ $$$$\:\left(\mathrm{cos}\:{x}−\mathrm{sin}\:{x}\right){dx}=\:{dy} \\ $$$${I}_{\mathrm{2}} \:=\:−\sqrt{\mathrm{2}}\:\int\frac{{dy}}{\:\sqrt{{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}} \\ $$$$\:{I}_{\mathrm{2}} \:\:=\:\:−\sqrt{\mathrm{2}}\:\mathrm{cosh}^{−\mathrm{1}} {y}\:+\:{C}_{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:{I}_{\mathrm{2}\:} \:\:=\:\:−\sqrt{\mathrm{2}}\:\mathrm{cosh}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{sin}\:{x}+\mathrm{cos}\:{x}\right)\:\:+\:{C}_{\mathrm{2}} \: \\ $$$$\mathrm{2}{I}\:\:=\:\:{I}_{\mathrm{1}} \:+\:{I}_{\mathrm{2}} \\ $$$${I}\:=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\left[\mathrm{sin}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{sin}{x}−\mathrm{cos}{x}\right)−\mathrm{cosh}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{sin}{x}+\mathrm{cos}{x}\right)+\:{C}\right. \\ $$
Commented by MM42 last updated on 16/Sep/23
$$\:\cancel{\lesseqgtr} \\ $$
Commented by universe last updated on 16/Sep/23
$$\:\underline{\underbrace{\lesseqgtr}} \\ $$