Cómo encontrar [math] \ displaystyle \ int \ frac {1} {\ sqrt {1+ \ cot x}} dx [/ math]

A2A

Bueno, tu pregunta no está clara:

Si estás hablando de eso:

[matemáticas] \ displaystyle \ int \ dfrac {1} {\ sqrt {1+ \ cot \ left (x \ right)}} \, \ mathrm {d} x [/ math]

Bueno, es muy largo, pero pregúntale si es este

De lo contrario:

Si es ese:

[matemáticas] I = \ displaystyle \ int \ dfrac {1} {\ sqrt {1} + \ cot \ left (x \ right)} \, \ mathrm {d} x [/ math]

Lo que no tiene sentido para mí, pero de todos modos lo resolveré:

Comencemos por sustitución:

[matemáticas] I = {\ displaystyle \ int} \ dfrac {1} {\ cot \ left (x \ right) +1} \, \ mathrm {d} x [/ math]

Sabiendo que :

[matemáticas] \ cot \ left (x \ right) = \ dfrac {1} {\ tan \ left (x \ right)} [/ math]

[matemáticas] \ sec ^ 2 \ left (x \ right) = \ tan ^ 2 \ left (x \ right) +1 [/ math]

[math] = {\ displaystyle \ int} \ class {steps-node} {\ cssId {steps-node-1} {\ sec ^ 2 \ left (x \ right)}} \ cdot \ class {steps-node} {\ cssId {steps-node-2} {\ dfrac {\ tan \ left (x \ right)} {\ left (\ tan \ left (x \ right) +1 \ right) \ left (\ tan ^ 2 \ left (x \ right) +1 \ right)}}} \, \ mathrm {d} x [/ math]

Entonces digamos:

[matemáticas] u = \ tan \ izquierda (x \ derecha) [/ matemáticas]

[math] \ dfrac {\ mathrm {d} u} {\ mathrm {d} x} = \ sec ^ 2 \ left (x \ right) [/ math]

[matemáticas] I [/ matemáticas] [matemáticas] = {\ displaystyle \ int} \ dfrac {u} {\ left (u + 1 \ right) \ left (u ^ 2 + 1 \ right)} \, \ mathrm { d} u [/ matemáticas]

Realizar descomposición de fracción parcial:

[matemáticas] I = {\ displaystyle \ int} \ left (\ dfrac {u + 1} {2 \ left (u ^ 2 + 1 \ right)} – ​​\ dfrac {1} {2 \ left (u + 1 \ right)} \ right) \ mathrm {d} u [/ math]

[math] = \ class {steps-node} {\ cssId {steps-node-3} {\ dfrac {1} {2}}} {\ displaystyle \ int} \ dfrac {u + 1} {u ^ 2 + 1} \, \ mathrm {d} u- \ class {steps-node} {\ cssId {steps-node-4} {\ dfrac {1} {2}}} {\ displaystyle \ int} \ dfrac {1} {u + 1} \, \ mathrm {d} u [/ math]

[matemáticas] {\ displaystyle \ int} \ dfrac {u + 1} {u ^ 2 + 1} \, \ mathrm {d} u [/ math]

[math] = {\ displaystyle \ int} \ left (\ dfrac {u} {u ^ 2 + 1} + \ dfrac {1} {u ^ 2 + 1} \ right) \ mathrm {d} u [/ math ]

[math] = {\ displaystyle \ int} \ dfrac {u} {u ^ 2 + 1} \, \ mathrm {d} u + {\ displaystyle \ int} \ dfrac {1} {u ^ 2 + 1} \, \ mathrm {d} u [/ math]

Sabiendo que :

[matemáticas] {\ displaystyle \ int} \ dfrac {u} {u ^ 2 + 1} \, \ mathrm {d} u = \ dfrac {\ ln \ left (u ^ 2 + 1 \ right)} {2} [/matemáticas]

Y eso :

[matemáticas] {\ displaystyle \ int} \ dfrac {1} {u ^ 2 + 1} \, \ mathrm {d} u [/ math]

[matemática] = \ arctan \ izquierda (u \ derecha) [/ matemática]

[matemáticas] I [/ matemáticas] [matemáticas] = \ dfrac {\ ln \ left (u ^ 2 + 1 \ right)} {4} – \ dfrac {\ ln \ left (u + 1 \ right)} {2 } + \ dfrac {\ arctan \ left (u \ right)} {2} [/ math]

[matemáticas] = \ dfrac {\ ln \ left (\ tan ^ 2 \ left (x \ right) +1 \ right)} {4} – \ dfrac {\ ln \ left (\ tan \ left (x \ right) +1 \ right)} {2} + \ dfrac {\ arctan \ left (\ tan \ left (x \ right) \ right)} {2} [/ math]

[matemáticas] = – \ dfrac {\ ln \ left (\ left | \ sin \ left (x \ right) + \ cos \ left (x \ right) \ right | \ right) – \ arctan \ left (\ tan \ left (x \ right) \ right)} {2} + C [/ math]

Deje [matemáticas] 1+ \ cot x = t ^ 2 [/ matemáticas]

[matemáticas] – \ csc ^ 2 x dx = 2t dt [/ matemáticas]

[matemáticas] \ displaystyle I = – \ int \ dfrac {2t dt} {(1+ \ cot ^ 2 x) t} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ displaystyle I = – \ int \ dfrac {2 dt} {(1+ (t ^ 2–1) ^ 2)} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ displaystyle I = – \ int \ dfrac {2 dt} {t ^ 4–2t ^ 2 + 2} [/ math]

Ahora [math] t ^ 4–2t ^ 2 + 2 [/ math] puede escribirse como ([math] t ^ 2 + \ sqrt 2) ^ 2- (2 \ sqrt 2 -2) t ^ 2 [/ math ]

por conveniencia dejemos [math] 2 \ sqrt 2 -2 = 4a ^ 2 [/ math]

[matemáticas] Entonces t ^ 4–2t ^ 2 + 2 = (t ^ 2 + \ sqrt 2) ^ 2–4a ^ 2t ^ 2 = (t ^ 2–2at + \ sqrt 2) (t ^ 2 + 2at + \ sqrt 2) = ((ta) 2 – a ^ 2 + \ sqrt 2) ((t + a) ^ 2 – a ^ 2 + \ sqrt 2) [/ math]

[matemáticas] Ahora \ sqrt 2- a ^ 2 = \ sqrt 2- \ dfrac {\ sqrt 2-1} {2} = \ dfrac {\ sqrt2 + 1} {2} = b ^ 2 (digamos) [/ math ]

[matemáticas] t ^ 4–2t ^ 2 + 2 = \ {(ta) ^ 2 + b ^ 2 \} \ {(t + a) ^ 2 + b ^ 2 \} [/ matemáticas]

Ahora deja

[matemáticas] \ dfrac {-2} {t ^ 4–2t ^ 2 + 2} = \ dfrac {(2t-2a) A + B} {t ^ 2–2at + \ sqrt 2} + \ dfrac {(2t + 2a) C + D} {t ^ 2 + 2at + \ sqrt 2} [/ math]

Cambiando t a -t obtenemos

[matemáticas] \ dfrac {-2} {t ^ 4–2t ^ 2 + 2} = \ dfrac {- (2t + 2a) A + B} {t ^ 2 + 2at + \ sqrt 2} + \ dfrac {- ( 2t-2a) C + D} {t ^ 2-2at + \ sqrt 2} [/ math]

Comparando ambos obtenemos C = -A y D = B

[matemáticas] \ dfrac {-2} {t ^ 4–2t ^ 2 + 2} = \ dfrac {(2t-2a) A + B} {t ^ 2–2at + \ sqrt 2} + \ dfrac {- (2t + 2a) A + B} {t ^ 2 + 2at + \ sqrt 2}… .. (1) [/ matemáticas]

Ahora multiplique (1) por [matemáticas] t ^ 2–2at + \ sqrt 2 [/ matemáticas] y ponga [matemáticas] t = a + ib [/ matemáticas]

[matemáticas] \ dfrac {-2} {t ^ 2 + 2at + \ sqrt 2} | _ {t = a + ib} = i2Ab + B [/ matemáticas]

[matemáticas] \ dfrac {- (a + ib)} {2a \ sqrt 2} = i2Ab + B [/ matemáticas]

de esto obtenemos

B = [matemáticas] \ dfrac {-1} {2 \ sqrt 2} [/ matemáticas] y [matemáticas] A = \ dfrac {-1} {4a \ sqrt 2} = \ dfrac {-1} {4 \ sqrt {\ sqrt 2-1}} [/ math]

Ahora [matemáticas] \ displaystyle I = \ int \ dfrac {(2t-2a) A + B} {t ^ 2–2at + \ sqrt 2} + \ dfrac {- (2t + 2a) A + B} {t ^ 2 + 2at + \ sqrt 2} dt [/ math]

[matemáticas] = A \ ln (t ^ 2–2at + \ sqrt 2) + \ dfrac {B} {b} \ tan ^ {- 1} \ dfrac {ta} {b} -A \ ln (t ^ 2 + 2at + \ sqrt 2) + \ dfrac {B} {b} \ tan ^ {- 1} \ dfrac {t + a} {b} + C [/ math]

[matemáticas] = \ dfrac {1} {4 \ sqrt {\ sqrt 2-1}} \ ln \ dfrac {t ^ 2 + \ sqrt {2 \ sqrt2-2} t + \ sqrt 2} {t ^ 2- \ sqrt {2 \ sqrt2-2} t + \ sqrt 2} – \ dfrac {1} {2 \ sqrt {\ sqrt 2 + 1}} \ {\ tan ^ {- 1} \ dfrac {ta} {b} + \ tan ^ {- 1} \ dfrac {t + a} {b} \} + C [/ math]

[matemáticas] \ tan ^ {- 1} \ dfrac {ta} {b} + \ tan ^ {- 1} \ dfrac {t + a} {b} [/ matemáticas]

= [matemáticas] \ tan ^ {- 1} \ dfrac {\ dfrac {ta} {b} + \ dfrac {t + a} {b}} {1- \ dfrac {t + a} {b} \ dfrac { ta} {b}} [/ matemáticas]

[matemáticas] = \ tan ^ {- 1} \ dfrac {2bt} {a ^ 2 + b ^ 2-t ^ 2} [/ matemáticas]

[matemáticas] = \ tan ^ {- 1} \ dfrac {\ sqrt {2 \ sqrt 2 + 2} t} {\ sqrt 2-t ^ 2} [/ matemáticas]

Entonces, [matemáticas] = \ boxed {\ boxed {\ dfrac {1} {4 \ sqrt {\ sqrt 2-1}} \ ln \ dfrac {t ^ 2 + \ sqrt {2 \ sqrt2-2} t + \ sqrt 2} {t ^ 2- \ sqrt {2 \ sqrt2-2} t + \ sqrt 2} \\ – \ dfrac {1} {2 \ sqrt {\ sqrt 2 + 1}} \ left \ {\ tan ^ {- 1} \ dfrac {\ sqrt {2 \ sqrt 2 + 2} t} {\ sqrt 2-t ^ 2} \ right \} + C}} [/ math]

donde [matemáticas] t = \ sqrt {1 = \ cot x} [/ matemáticas]