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Question Number 219341 by alcohol last updated on 23/Apr/25 | ||
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$$\int\frac{{dx}}{\mathrm{1}\:+\:{sin}^{\mathrm{3}} {x}\:+\:{cos}^{\mathrm{3}} {x}} \\ $$ | ||
Commented by Ghisom last updated on 23/Apr/25 | ||
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$$\mathrm{simply}\:\mathrm{use}\:{t}=\mathrm{tan}\:\frac{{x}}{\mathrm{2}}\:\mathrm{and}\:\mathrm{decompose} \\ $$$$\mathrm{which}\:\mathrm{leads}\:\mathrm{to} \\ $$$${I}=\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{4}} {\sum}}\:\left({I}_{{k}} \right)\:+{C}\: \\ $$$${I}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{9}}\int\frac{{dt}}{\mathrm{3}{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{t}+\mathrm{1}} \\ $$$${I}_{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\int\frac{{dt}}{\left({t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${I}_{\mathrm{3}} =−\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{9}}\int\frac{{dt}}{{t}+\mathrm{1}} \\ $$$${I}_{\mathrm{4}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\int{dt} \\ $$$$\mathrm{these}\:\mathrm{are}\:\mathrm{easy}\:\mathrm{to}\:\mathrm{solve} \\ $$ | ||
Answered by Ghisom last updated on 23/Apr/25 | ||
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$$\mathrm{if}\:\mathrm{you}\:\mathrm{don}'\mathrm{t}\:\mathrm{like}\:\frac{{x}}{\mathrm{2}}\:\mathrm{in}\:\mathrm{the}\:\mathrm{answer}: \\ $$$$\int\frac{{dx}}{\mathrm{1}+\mathrm{cos}^{\mathrm{3}} \:{x}\:+\mathrm{sin}^{\mathrm{3}} \:{x}}= \\ $$$$=\int\frac{\left(\mathrm{1}+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:{x}\right)^{\mathrm{3}/\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+\mathrm{tan}^{\mathrm{3}} \:{x}\:+\left(\mathrm{1}+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:{x}\right)^{\mathrm{3}/\mathrm{2}} }{dx}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\left[\:_{{x}=\mathrm{arctan}\:\frac{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}{t}}} ^{{t}=\mathrm{tan}\:{x}\:+\sqrt{\mathrm{1}+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \:{x}}} \:\rightarrow\:{dx}=\frac{\mathrm{2}{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\right] \\ $$$$=\int\frac{\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{{t}^{\mathrm{2}} \left({t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left({t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{t}+\mathrm{3}\right)}{dt}= \\ $$$$={I}=\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{\mathrm{5}} {\sum}}{I}_{{k}} \\ $$$${I}_{\mathrm{1}} =\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{9}}\int\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{t}+\mathrm{3}}=\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{9}}\mathrm{arctan}\:\frac{\sqrt{\mathrm{2}}\left({t}−\mathrm{1}\right)}{\mathrm{2}} \\ $$$${I}_{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\int\frac{{dt}}{\left({t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}\left({t}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$${I}_{\mathrm{3}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\int\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} }=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{t}} \\ $$$${I}_{\mathrm{4}} =\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{9}}\int\frac{{dt}}{{t}+\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{9}}\mathrm{ln}\:\left({t}+\mathrm{1}\right) \\ $$$${I}_{\mathrm{5}} =−\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{9}}\int\frac{{dt}}{{t}}=−\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{9}}\mathrm{ln}\:{t} \\ $$$${I}=−\frac{\mathrm{3}{t}+\mathrm{1}}{\mathrm{3}{t}\left({t}+\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{9}}\mathrm{ln}\:\frac{{t}+\mathrm{1}}{{t}}\:+\frac{\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{9}}\mathrm{arctan}\:\frac{\sqrt{\mathrm{2}}\left({t}−\mathrm{1}\right)}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{now}\:\mathrm{insert}\:{t}=\frac{\mathrm{1}+\mathrm{sin}\:{x}}{\mathrm{cos}\:{x}} \\ $$ | ||