Question Number 211708 by Skyneless last updated on 17/Sep/24
Answered by Frix last updated on 18/Sep/24
$$\int\sqrt{\mathrm{tan}\:{x}}{dx}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[{t}=\mathrm{2tan}^{−\mathrm{1}} \:\sqrt{\mathrm{tan}\:{x}}\right] \\ $$$$=\int\frac{\mathrm{1}−\mathrm{cos}\:{t}}{\mathrm{1}+\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:{t}}{dt} \\ $$$$ \\ $$$$\:\:\:\:\:\int\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:{t}}{dt}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\left[{u}=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{tan}\:{t}}{\mathrm{2}}\right] \\ $$$$\:\:\:\:\:=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}\int\frac{{du}}{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \:{u}}{\mathrm{2}} \\ $$$$ \\ $$$$\:\:\:\:\:−\int\frac{\mathrm{cos}\:{t}}{\mathrm{1}+\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \:{t}}{dt}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\left[{v}=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{sin}\:{t}}{\mathrm{2}}\right] \\ $$$$\:\:\:\:\:\:=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}\int\frac{{dv}}{{v}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}=−\frac{\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{tanh}^{−\mathrm{1}} \:{v}}{\mathrm{2}} \\ $$$$ \\ $$$$…\mathrm{which}\:\mathrm{is}\:\mathrm{nice}\:\mathrm{somehow}… \\ $$
Answered by BHOOPENDRA last updated on 18/Sep/24
$${let}\:\mathrm{tan}{x}\:={t}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{sec}\:^{\mathrm{2}} {x}\:{dx}=\mathrm{2}{t}\:{dt} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\left(\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{4}} \right){dx}=\mathrm{2}{tdt} \\ $$$$\Rightarrow\frac{\mathrm{2}{t}}{\left(\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{4}} \right)}\:{dt}={dx} \\ $$$$=\:\:\int\frac{\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{4}} \right)}\:{dt} \\ $$$$=\:\int\:\:\frac{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{4}} }\:{dt}+\int\frac{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{4}} }\:{dt} \\ $$$$=\:\int\frac{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} }}{\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} }+{t}^{\mathrm{2}} }\:{dt}+\int\:\frac{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} }}{\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} }+{t}^{\mathrm{2}} }{dt}\:\left(\:{divided}\:{by}\:{t}^{\mathrm{2}} \right) \\ $$$$=\int\:\frac{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} }}{\left({t}−\frac{\mathrm{1}}{{t}}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}{dt}+\int\frac{\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} }}{\left({t}+\frac{\mathrm{1}}{{t}}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}{dt} \\ $$$${Let}\:={t}−\mathrm{1}/{t}={p}\:,{t}+\mathrm{1}/{t}={q} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:=\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} }\:{dt}\:={dp},\:\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{t}^{\mathrm{2}} }\:{dt}\:={dq} \\ $$$$=\int\frac{\mathrm{1}}{{p}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}}\:{dp}\:+\int\frac{\mathrm{1}}{{q}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}}\:{dq} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\:\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \frac{{p}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\:{log}\left(\frac{{q}−\sqrt{\mathrm{2}}}{{q}+\sqrt{\mathrm{2}}}\right)+{c} \\ $$$${substituting}\:{all}\:{the}\:{values} \\ $$$${p}={t}−\frac{\mathrm{1}}{{t}},{q}={t}+\frac{\mathrm{1}}{{t}} \\ $$$${t}=\sqrt{{tanx}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{tan}\:{x}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}{tanx}}}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}{log}\left(\frac{\mathrm{tan}\:{x}−\sqrt{\mathrm{2tan}\:{x}}+\mathrm{1}}{\mathrm{tan}\:{x}+\sqrt{\mathrm{2tan}\:{x}}+\mathrm{1}}\right)+{c} \\ $$