Question Number 208733 by Frix last updated on 22/Jun/24
$$\mathrm{2}\underset{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\frac{{x}\sqrt{−\mathrm{3}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{x}−\mathrm{1}}}{\mathrm{7}{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}{x}+\mathrm{1}}{dx}=? \\ $$$$\mathrm{Exact}\:\mathrm{solution}\:\mathrm{needed}. \\ $$
Answered by Ghisom last updated on 24/Jun/24
$$\mathrm{2}\underset{\mathrm{1}/\mathrm{3}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\frac{{x}\sqrt{−\mathrm{3}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{x}−\mathrm{1}}}{\mathrm{7}{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}{x}+\mathrm{1}}{dx}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{t}=\mathrm{arcsin}\:\left(\mathrm{3}{x}−\mathrm{2}\right)\:\rightarrow\:{dx}=\frac{\sqrt{−\mathrm{3}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{x}−\mathrm{1}}}{\:\sqrt{\mathrm{3}}}{dt}\right] \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}{\:\mathrm{3}}\underset{−\pi/\mathrm{2}} {\overset{\pi/\mathrm{2}} {\int}}\:\frac{\left(\mathrm{2}+\mathrm{sin}\:{t}\right)\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:{t}}{\mathrm{7sin}^{\mathrm{2}} \:{t}\:+\mathrm{16sin}\:{t}\:+\mathrm{13}}{dt}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{24}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{49}}\underset{−\pi/\mathrm{2}} {\overset{\pi/\mathrm{2}} {\int}}\:\frac{\mathrm{2}+\mathrm{3sin}\:{t}}{\mathrm{7sin}^{\mathrm{2}} \:{t}\:+\mathrm{16sin}\:{t}\:+\mathrm{13}}{dt}+\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{147}}\underset{−\pi/\mathrm{2}} {\overset{\pi/\mathrm{2}} {\int}}\left(\mathrm{2}−\mathrm{7sin}\:{t}\right){dt} \\ $$$$\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{147}}\underset{−\pi/\mathrm{2}} {\overset{\pi/\mathrm{2}} {\int}}\left(\mathrm{2}−\mathrm{7sin}\:{t}\right){dt}=\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{147}}\left[\mathrm{2}{t}+\mathrm{7cos}\:{t}\right]_{−\pi/\mathrm{2}} ^{\pi/\mathrm{2}} = \\ $$$$=\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}\pi}{\mathrm{147}} \\ $$$$\frac{\mathrm{24}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{49}}\underset{−\pi/\mathrm{2}} {\overset{\pi/\mathrm{2}} {\int}}\:\frac{\mathrm{2}+\mathrm{3sin}\:{t}}{\mathrm{7sin}^{\mathrm{2}} \:{t}\:+\mathrm{16sin}\:{t}\:+\mathrm{13}}{dt}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{u}=\mathrm{tan}\:\frac{{t}}{\mathrm{2}}\:\rightarrow\:{dt}=\frac{\mathrm{2}{du}}{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\right] \\ $$$$=\frac{\mathrm{96}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{49}}\underset{−\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\:\frac{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{3}{u}+\mathrm{1}}{\mathrm{13}{u}^{\mathrm{4}} +\mathrm{32}{u}^{\mathrm{3}} +\mathrm{54}{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{32}{u}+\mathrm{13}}{du}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{96}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{637}}\underset{−\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\frac{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{3}{u}+\mathrm{1}}{\Pi\left({u}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{4}\pm\sqrt{\mathrm{3}}\right)}{\mathrm{13}}{u}+\frac{\mathrm{19}\pm\mathrm{8}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{13}}\right)}{du}= \\ $$$$={I}_{\mathrm{1}} +{I}_{\mathrm{2}} \\ $$$${I}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{49}}\underset{−\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\frac{{u}+\frac{\mathrm{29}−\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{52}}}{{u}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{3}}\right)}{\mathrm{13}}{u}+\frac{\mathrm{19}−\mathrm{8}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{13}}}{du} \\ $$$${I}_{\mathrm{2}} =−\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{49}}\underset{−\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\frac{{u}+\frac{\mathrm{29}+\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{52}}}{{u}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{3}}\right)}{\mathrm{13}}{u}+\frac{\mathrm{19}+\mathrm{8}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{13}}}{du} \\ $$$${I}_{\mathrm{1}} =\left[\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{147}}\mathrm{arctan}\:\frac{\left(\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{3}}\right){u}+\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\:+\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{49}}\mathrm{ln}\:\left({u}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{3}}\right)}{\mathrm{13}}{u}+\frac{\mathrm{19}−\mathrm{8}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{13}}\right)\right]_{−\mathrm{1}} ^{\mathrm{1}} \\ $$$${I}_{\mathrm{2}} =\left[\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{147}}\mathrm{arctan}\:\frac{\left(\mathrm{4}−\sqrt{\mathrm{3}}\right){u}+\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\:−\frac{\mathrm{8}}{\mathrm{49}}\mathrm{ln}\:\left({u}^{\mathrm{2}} +\frac{\mathrm{4}\left(\mathrm{4}+\sqrt{\mathrm{3}}\right)}{\mathrm{13}}{u}+\frac{\mathrm{19}+\mathrm{8}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{13}}\right)\right]_{−\mathrm{1}} ^{\mathrm{1}} \\ $$$${I}_{\mathrm{1}} +{I}_{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{147}}\left(\mathrm{arctan}\:\frac{\mathrm{6}+\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\:+\mathrm{ectan}\:\frac{\mathrm{6}−\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\:+\mathrm{arctan}\:\frac{\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\:+\mathrm{arctan}\:\frac{\mathrm{2}−\sqrt{\mathrm{3}}}{\mathrm{3}}\right)= \\ $$$$=\frac{\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{3}}\pi}{\mathrm{147}} \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{2}\underset{\mathrm{1}/\mathrm{3}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\frac{{x}\sqrt{−\mathrm{3}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{4}{x}−\mathrm{1}}}{\mathrm{7}{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}{x}+\mathrm{1}}{dx}=\frac{\mathrm{8}\sqrt{\mathrm{3}}\pi}{\mathrm{147}} \\ $$
Commented by Frix last updated on 24/Jun/24