Question Number 65760 by mmkkmm000m last updated on 03/Aug/19
$$\underset{\:\mathrm{0}} {\overset{\pi/\mathrm{2}} {\int}}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}\:\mathrm{cos}\:{x}+\mathrm{12}\:\mathrm{sin}\:{x}}\:{dx}\:= \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 04/Aug/19
$${let}\:{I}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\frac{{dx}}{\mathrm{9}{cosx}\:+\mathrm{12}{sinx}}\:\Rightarrow\mathrm{3}{I}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:\:\frac{{dx}}{\mathrm{3}{cosx}+\mathrm{4}{sinx}} \\ $$$$=_{{tan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)={t}} \:\:\:\:\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\frac{\mathrm{1}−{t}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }\:+\mathrm{4}\frac{\mathrm{2}{t}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }}\:\frac{\mathrm{2}{dt}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} }\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\frac{\mathrm{2}{dt}}{\mathrm{3}−\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{8}{t}} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{−\mathrm{2}{dt}}{\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{8}{t}\:−\mathrm{3}} \\ $$$$\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{8}{t}\:−\mathrm{3}\:=\mathrm{0}\:\rightarrow\Delta^{'} \:=\mathrm{16}+\mathrm{9}\:=\mathrm{25}\:\Rightarrow{t}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{4}+\mathrm{5}}{\mathrm{3}}\:=\mathrm{3}\:{and}\:{t}_{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{4}−\mathrm{5}}{\mathrm{3}}\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\Rightarrow\frac{−\mathrm{2}}{\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{8}{t}\:−\mathrm{3}}\:=\frac{−\mathrm{2}}{\mathrm{3}\left({t}−\mathrm{3}\right)\left({t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)}\:=−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}×\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{8}}\left\{\frac{\mathrm{1}}{{t}−\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{{t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}}\right\} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left\{\frac{\mathrm{1}}{{t}−\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{{t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}}\right\}\:\Rightarrow \\ $$$$\overset{\mathrm{1}} {\int}_{\mathrm{0}} \:\frac{−\mathrm{2}{dt}}{\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{8}{t}\:−\mathrm{3}}\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left[{ln}\mid\frac{{t}−\mathrm{3}}{{t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}}\mid\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} =−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left\{{ln}\left(\frac{\mathrm{2}}{\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}}}\right)−{ln}\left(\mathrm{9}\right)\right\} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left\{{ln}\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\right)−\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{3}\right)\right\}\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\left\{−{ln}\left(\mathrm{3}\right)−{ln}\left(\mathrm{2}\right)\right\}\:=\frac{{ln}\left(\mathrm{6}\right)}{\mathrm{4}}\:\Rightarrow \\ $$$${I}\:=\frac{{ln}\left(\mathrm{6}\right)}{\mathrm{12}} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 04/Aug/19
$${error}\:{from}\:{line}\:\mathrm{5}\:\Rightarrow\frac{−\mathrm{2}}{\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{8}{t}−\mathrm{3}}\:=−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}×\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{10}}\left\{\frac{\mathrm{1}}{{t}−\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{{t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}}\right\} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}\left\{\frac{\mathrm{1}}{{t}−\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{{t}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}}\right\}\Rightarrow\:{I}\:=\frac{{ln}\left(\mathrm{6}\right)}{\mathrm{15}} \\ $$
Answered by Tanmay chaudhury last updated on 03/Aug/19
$${or}\:{method} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \frac{{dx}}{\mathrm{15}\left(\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{15}}{cosx}+\frac{\mathrm{12}}{\mathrm{15}}{sinx}\right)}\: \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{15}}\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} {cosec}\left({x}+\alpha\right){dx}\:\:\:\:\left[\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{15}}={sin}\alpha\:\:\:\frac{\mathrm{12}}{\mathrm{15}}={cos}\alpha\right] \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{15}}\mid{lntan}\left(\frac{{x}+\alpha}{\mathrm{2}}\right)\mid_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{15}}{lntan}\left[\frac{\pi}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{12}}\right)\right]−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{15}}{lntan}\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{12}}\right)\right] \\ $$