Question Number 214341 by liuxinnan last updated on 06/Dec/24
$$\int\frac{{dx}}{\mathrm{3}+{cosx}}=? \\ $$
Answered by chhaythean last updated on 06/Dec/24
$$\mathrm{let},\:\mathrm{t}\:=\:\mathrm{tan}\frac{{x}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow\:\mathrm{dt}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)\mathrm{d}{x} \\ $$$$\mathrm{or}\:\mathrm{dt}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{1}+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)\right)\mathrm{d}{x}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{d}{x} \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{cos}{x}\:=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\: \\ $$$$\Rightarrow\:\int\frac{\mathrm{d}{x}}{\mathrm{3}+\mathrm{cos}{x}}\:=\mathrm{2}\:\int\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}\right)^{\mathrm{2}} }×\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}+\frac{\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}\mathrm{dt} \\ $$$$=\:\mathrm{2}\int\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)}×\frac{\mathrm{1}}{\frac{\mathrm{3}+\mathrm{3t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }}\mathrm{dt}\: \\ $$$$=\mathrm{2}\int\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{4}+\mathrm{2t}^{\mathrm{2}} }\:=\:\int\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{2}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\:=\:\int\frac{\mathrm{dt}}{\:\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\:=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\:\mathrm{arctan}\left(\frac{\mathrm{t}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\right)+{C} \\ $$$$=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}\mathrm{arctan}\left(\frac{\mathrm{tan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\right)+{C} \\ $$
Answered by shunmisaki007 last updated on 06/Dec/24
$$\mathrm{Let}\:{t}=\mathrm{tan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$;\:\mathrm{cos}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }},\:\mathrm{sin}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)=\frac{{t}}{\:\sqrt{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }}, \\ $$$$\mathrm{cos}\left({x}\right)=\mathrm{cos}^{\mathrm{2}} \left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)−\mathrm{sin}^{\mathrm{2}} \left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)=\frac{\mathrm{1}−{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }, \\ $$$${dt}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right){dx}=\frac{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}{dx}\:\mathrm{or}\:{dx}=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }{dt}. \\ $$$$\mathrm{So}\:\int\frac{{dx}}{\mathrm{3}+\mathrm{cos}\left({x}\right)}=\int\frac{\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }}{\mathrm{3}+\frac{\mathrm{1}−{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }}{dt}=\int\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{4}+\mathrm{2}{t}^{\mathrm{2}} }{dt}=\int\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}+{t}^{\mathrm{2}} }{dt} \\ $$$$\mathrm{Let}\:{t}=\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{tan}\left({u}\right) \\ $$$$;\:{dt}=\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({u}\right){du}. \\ $$$$\mathrm{So}\:\int\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}+{t}^{\mathrm{2}} }{dt}=\int\frac{\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{sec}^{\mathrm{2}} \left({u}\right)}{\mathrm{2}+\mathrm{2tan}^{\mathrm{2}} \left({u}\right)}{du}=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}\int{du} \\ $$$$\:\:\:\:=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}{u}+{C}=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\sqrt{\mathrm{2}}{t}}{\mathrm{2}}\right)+{C} \\ $$$$\:\:\:\:=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{tan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{2}}\right)+{C} \\ $$$$\therefore\int\frac{{dx}}{\mathrm{3}+\mathrm{cos}\left({x}\right)}=\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{tan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)}{\mathrm{2}}\right)+{C}\:\bigstar \\ $$$$ \\ $$