Integral de arctan(sqrt(sqrt(x)-1)) dx
Solución
Solución detallada
Usamos la integración por partes:
∫ u dv = u v − ∫ v du \int \operatorname{u} \operatorname{dv}
= \operatorname{u}\operatorname{v} -
\int \operatorname{v} \operatorname{du} ∫ u dv = u v − ∫ v du
que u ( x ) = atan ( x − 1 ) u{\left(x \right)} = \operatorname{atan}{\left(\sqrt{\sqrt{x} - 1} \right)} u ( x ) = atan ( x − 1 ) y que dv ( x ) = 1 \operatorname{dv}{\left(x \right)} = 1 dv ( x ) = 1 .
Entonces du ( x ) = 1 4 x x − 1 \operatorname{du}{\left(x \right)} = \frac{1}{4 x \sqrt{\sqrt{x} - 1}} du ( x ) = 4 x x − 1 1 .
Para buscar v ( x ) v{\left(x \right)} v ( x ) :
La integral de las constantes tienen esta constante multiplicada por la variable de integración:
∫ 1 d x = x \int 1\, dx = x ∫ 1 d x = x
Ahora resolvemos podintegral.
La integral del producto de una función por una constante es la constante por la integral de esta función:
∫ 1 4 x − 1 d x = ∫ 1 x − 1 d x 4 \int \frac{1}{4 \sqrt{\sqrt{x} - 1}}\, dx = \frac{\int \frac{1}{\sqrt{\sqrt{x} - 1}}\, dx}{4} ∫ 4 x − 1 1 d x = 4 ∫ x − 1 1 d x
No puedo encontrar los pasos en la búsqueda de esta integral.
Pero la integral
{ − 4 x 5 2 x − 1 − 3 x 5 2 + 3 x 2 + 8 i x 5 2 − 3 x 5 2 + 3 x 2 − 4 x 3 x − 1 − 3 x 5 2 + 3 x 2 + 8 x 2 x − 1 − 3 x 5 2 + 3 x 2 − 8 i x 2 − 3 x 5 2 + 3 x 2 for ∣ x ∣ > 1 − 4 i x 5 2 1 − x − 3 x 5 2 + 3 x 2 + 8 i x 5 2 − 3 x 5 2 + 3 x 2 − 4 i x 3 1 − x − 3 x 5 2 + 3 x 2 + 8 i x 2 1 − x − 3 x 5 2 + 3 x 2 − 8 i x 2 − 3 x 5 2 + 3 x 2 otherwese \begin{cases} - \frac{4 x^{\frac{5}{2}} \sqrt{\sqrt{x} - 1}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} + \frac{8 i x^{\frac{5}{2}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} - \frac{4 x^{3} \sqrt{\sqrt{x} - 1}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} + \frac{8 x^{2} \sqrt{\sqrt{x} - 1}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} - \frac{8 i x^{2}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} & \text{for}\: \left|{\sqrt{x}}\right| > 1 \\- \frac{4 i x^{\frac{5}{2}} \sqrt{1 - \sqrt{x}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} + \frac{8 i x^{\frac{5}{2}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} - \frac{4 i x^{3} \sqrt{1 - \sqrt{x}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} + \frac{8 i x^{2} \sqrt{1 - \sqrt{x}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} - \frac{8 i x^{2}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} & \text{otherwese} \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧ − − 3 x 2 5 + 3 x 2 4 x 2 5 x − 1 + − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 5 − − 3 x 2 5 + 3 x 2 4 x 3 x − 1 + − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 x 2 x − 1 − − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 − − 3 x 2 5 + 3 x 2 4 i x 2 5 1 − x + − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 5 − − 3 x 2 5 + 3 x 2 4 i x 3 1 − x + − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 1 − x − − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 for ∣ x ∣ > 1 otherwese
Por lo tanto, el resultado es: { − 4 x 5 2 x − 1 − 3 x 5 2 + 3 x 2 + 8 i x 5 2 − 3 x 5 2 + 3 x 2 − 4 x 3 x − 1 − 3 x 5 2 + 3 x 2 + 8 x 2 x − 1 − 3 x 5 2 + 3 x 2 − 8 i x 2 − 3 x 5 2 + 3 x 2 for ∣ x ∣ > 1 − 4 i x 5 2 1 − x − 3 x 5 2 + 3 x 2 + 8 i x 5 2 − 3 x 5 2 + 3 x 2 − 4 i x 3 1 − x − 3 x 5 2 + 3 x 2 + 8 i x 2 1 − x − 3 x 5 2 + 3 x 2 − 8 i x 2 − 3 x 5 2 + 3 x 2 otherwese 4 \frac{\begin{cases} - \frac{4 x^{\frac{5}{2}} \sqrt{\sqrt{x} - 1}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} + \frac{8 i x^{\frac{5}{2}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} - \frac{4 x^{3} \sqrt{\sqrt{x} - 1}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} + \frac{8 x^{2} \sqrt{\sqrt{x} - 1}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} - \frac{8 i x^{2}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} & \text{for}\: \left|{\sqrt{x}}\right| > 1 \\- \frac{4 i x^{\frac{5}{2}} \sqrt{1 - \sqrt{x}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} + \frac{8 i x^{\frac{5}{2}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} - \frac{4 i x^{3} \sqrt{1 - \sqrt{x}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} + \frac{8 i x^{2} \sqrt{1 - \sqrt{x}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} - \frac{8 i x^{2}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} & \text{otherwese} \end{cases}}{4} 4 ⎩ ⎨ ⎧ − − 3 x 2 5 + 3 x 2 4 x 2 5 x − 1 + − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 5 − − 3 x 2 5 + 3 x 2 4 x 3 x − 1 + − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 x 2 x − 1 − − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 − − 3 x 2 5 + 3 x 2 4 i x 2 5 1 − x + − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 5 − − 3 x 2 5 + 3 x 2 4 i x 3 1 − x + − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 1 − x − − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 for ∣ x ∣ > 1 otherwese
Ahora simplificar:
{ − x 5 2 x − 1 + 2 i x 5 2 − x 3 x − 1 + 2 x 2 x − 1 − 2 i x 2 + 3 x ( x 5 2 − x 2 ) atan ( x − 1 ) 3 ( x 5 2 − x 2 ) for ∣ x ∣ > 1 x ( x 5 2 − x 2 ) atan ( x − 1 ) + i ( − x 5 2 1 − x + 2 x 5 2 − x 3 1 − x + 2 x 2 1 − x − 2 x 2 ) 3 x 5 2 − x 2 otherwese \begin{cases} \frac{- x^{\frac{5}{2}} \sqrt{\sqrt{x} - 1} + 2 i x^{\frac{5}{2}} - x^{3} \sqrt{\sqrt{x} - 1} + 2 x^{2} \sqrt{\sqrt{x} - 1} - 2 i x^{2} + 3 x \left(x^{\frac{5}{2}} - x^{2}\right) \operatorname{atan}{\left(\sqrt{\sqrt{x} - 1} \right)}}{3 \left(x^{\frac{5}{2}} - x^{2}\right)} & \text{for}\: \left|{\sqrt{x}}\right| > 1 \\\frac{x \left(x^{\frac{5}{2}} - x^{2}\right) \operatorname{atan}{\left(\sqrt{\sqrt{x} - 1} \right)} + \frac{i \left(- x^{\frac{5}{2}} \sqrt{1 - \sqrt{x}} + 2 x^{\frac{5}{2}} - x^{3} \sqrt{1 - \sqrt{x}} + 2 x^{2} \sqrt{1 - \sqrt{x}} - 2 x^{2}\right)}{3}}{x^{\frac{5}{2}} - x^{2}} & \text{otherwese} \end{cases} ⎩ ⎨ ⎧ 3 ( x 2 5 − x 2 ) − x 2 5 x − 1 + 2 i x 2 5 − x 3 x − 1 + 2 x 2 x − 1 − 2 i x 2 + 3 x ( x 2 5 − x 2 ) atan ( x − 1 ) x 2 5 − x 2 x ( x 2 5 − x 2 ) atan ( x − 1 ) + 3 i ( − x 2 5 1 − x + 2 x 2 5 − x 3 1 − x + 2 x 2 1 − x − 2 x 2 ) for ∣ x ∣ > 1 otherwese
Añadimos la constante de integración:
{ − x 5 2 x − 1 + 2 i x 5 2 − x 3 x − 1 + 2 x 2 x − 1 − 2 i x 2 + 3 x ( x 5 2 − x 2 ) atan ( x − 1 ) 3 ( x 5 2 − x 2 ) for ∣ x ∣ > 1 x ( x 5 2 − x 2 ) atan ( x − 1 ) + i ( − x 5 2 1 − x + 2 x 5 2 − x 3 1 − x + 2 x 2 1 − x − 2 x 2 ) 3 x 5 2 − x 2 otherwese + c o n s t a n t \begin{cases} \frac{- x^{\frac{5}{2}} \sqrt{\sqrt{x} - 1} + 2 i x^{\frac{5}{2}} - x^{3} \sqrt{\sqrt{x} - 1} + 2 x^{2} \sqrt{\sqrt{x} - 1} - 2 i x^{2} + 3 x \left(x^{\frac{5}{2}} - x^{2}\right) \operatorname{atan}{\left(\sqrt{\sqrt{x} - 1} \right)}}{3 \left(x^{\frac{5}{2}} - x^{2}\right)} & \text{for}\: \left|{\sqrt{x}}\right| > 1 \\\frac{x \left(x^{\frac{5}{2}} - x^{2}\right) \operatorname{atan}{\left(\sqrt{\sqrt{x} - 1} \right)} + \frac{i \left(- x^{\frac{5}{2}} \sqrt{1 - \sqrt{x}} + 2 x^{\frac{5}{2}} - x^{3} \sqrt{1 - \sqrt{x}} + 2 x^{2} \sqrt{1 - \sqrt{x}} - 2 x^{2}\right)}{3}}{x^{\frac{5}{2}} - x^{2}} & \text{otherwese} \end{cases}+ \mathrm{constant} ⎩ ⎨ ⎧ 3 ( x 2 5 − x 2 ) − x 2 5 x − 1 + 2 i x 2 5 − x 3 x − 1 + 2 x 2 x − 1 − 2 i x 2 + 3 x ( x 2 5 − x 2 ) atan ( x − 1 ) x 2 5 − x 2 x ( x 2 5 − x 2 ) atan ( x − 1 ) + 3 i ( − x 2 5 1 − x + 2 x 2 5 − x 3 1 − x + 2 x 2 1 − x − 2 x 2 ) for ∣ x ∣ > 1 otherwese + constant
Respuesta:
{ − x 5 2 x − 1 + 2 i x 5 2 − x 3 x − 1 + 2 x 2 x − 1 − 2 i x 2 + 3 x ( x 5 2 − x 2 ) atan ( x − 1 ) 3 ( x 5 2 − x 2 ) for ∣ x ∣ > 1 x ( x 5 2 − x 2 ) atan ( x − 1 ) + i ( − x 5 2 1 − x + 2 x 5 2 − x 3 1 − x + 2 x 2 1 − x − 2 x 2 ) 3 x 5 2 − x 2 otherwese + c o n s t a n t \begin{cases} \frac{- x^{\frac{5}{2}} \sqrt{\sqrt{x} - 1} + 2 i x^{\frac{5}{2}} - x^{3} \sqrt{\sqrt{x} - 1} + 2 x^{2} \sqrt{\sqrt{x} - 1} - 2 i x^{2} + 3 x \left(x^{\frac{5}{2}} - x^{2}\right) \operatorname{atan}{\left(\sqrt{\sqrt{x} - 1} \right)}}{3 \left(x^{\frac{5}{2}} - x^{2}\right)} & \text{for}\: \left|{\sqrt{x}}\right| > 1 \\\frac{x \left(x^{\frac{5}{2}} - x^{2}\right) \operatorname{atan}{\left(\sqrt{\sqrt{x} - 1} \right)} + \frac{i \left(- x^{\frac{5}{2}} \sqrt{1 - \sqrt{x}} + 2 x^{\frac{5}{2}} - x^{3} \sqrt{1 - \sqrt{x}} + 2 x^{2} \sqrt{1 - \sqrt{x}} - 2 x^{2}\right)}{3}}{x^{\frac{5}{2}} - x^{2}} & \text{otherwese} \end{cases}+ \mathrm{constant} ⎩ ⎨ ⎧ 3 ( x 2 5 − x 2 ) − x 2 5 x − 1 + 2 i x 2 5 − x 3 x − 1 + 2 x 2 x − 1 − 2 i x 2 + 3 x ( x 2 5 − x 2 ) atan ( x − 1 ) x 2 5 − x 2 x ( x 2 5 − x 2 ) atan ( x − 1 ) + 3 i ( − x 2 5 1 − x + 2 x 2 5 − x 3 1 − x + 2 x 2 1 − x − 2 x 2 ) for ∣ x ∣ > 1 otherwese + constant
Respuesta (Indefinida)
[src]
/ ____________ ____________ ____________
| 2 3 / ___ 5/2 / ___ 5/2 2 / ___
| 8*I*x 4*x *\/ -1 + \/ x 4*x *\/ -1 + \/ x 8*I*x 8*x *\/ -1 + \/ x | ___|
| - --------------- - -------------------- - ---------------------- + --------------- + -------------------- for |\/ x | > 1
| 5/2 2 5/2 2 5/2 2 5/2 2 5/2 2
| - 3*x + 3*x - 3*x + 3*x - 3*x + 3*x - 3*x + 3*x - 3*x + 3*x
<
| ___________ ___________ ___________
| 2 5/2 3 / ___ 5/2 / ___ 2 / ___
/ | 8*I*x 8*I*x 4*I*x *\/ 1 - \/ x 4*I*x *\/ 1 - \/ x 8*I*x *\/ 1 - \/ x
| |- --------------- + --------------- - --------------------- - ----------------------- + --------------------- otherwise
| / ___________\ | 5/2 2 5/2 2 5/2 2 5/2 2 5/2 2 / ___________\
| | / ___ | \ - 3*x + 3*x - 3*x + 3*x - 3*x + 3*x - 3*x + 3*x - 3*x + 3*x | / ___ |
| atan\\/ \/ x - 1 / dx = C - ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- + x*atan\\/ \/ x - 1 /
| 4
/
∫ atan ( x − 1 ) d x = C + x atan ( x − 1 ) − { − 4 x 5 2 x − 1 − 3 x 5 2 + 3 x 2 + 8 i x 5 2 − 3 x 5 2 + 3 x 2 − 4 x 3 x − 1 − 3 x 5 2 + 3 x 2 + 8 x 2 x − 1 − 3 x 5 2 + 3 x 2 − 8 i x 2 − 3 x 5 2 + 3 x 2 for ∣ x ∣ > 1 − 4 i x 5 2 1 − x − 3 x 5 2 + 3 x 2 + 8 i x 5 2 − 3 x 5 2 + 3 x 2 − 4 i x 3 1 − x − 3 x 5 2 + 3 x 2 + 8 i x 2 1 − x − 3 x 5 2 + 3 x 2 − 8 i x 2 − 3 x 5 2 + 3 x 2 otherwise 4 \int \operatorname{atan}{\left(\sqrt{\sqrt{x} - 1} \right)}\, dx = C + x \operatorname{atan}{\left(\sqrt{\sqrt{x} - 1} \right)} - \frac{\begin{cases} - \frac{4 x^{\frac{5}{2}} \sqrt{\sqrt{x} - 1}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} + \frac{8 i x^{\frac{5}{2}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} - \frac{4 x^{3} \sqrt{\sqrt{x} - 1}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} + \frac{8 x^{2} \sqrt{\sqrt{x} - 1}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} - \frac{8 i x^{2}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} & \text{for}\: \left|{\sqrt{x}}\right| > 1 \\- \frac{4 i x^{\frac{5}{2}} \sqrt{1 - \sqrt{x}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} + \frac{8 i x^{\frac{5}{2}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} - \frac{4 i x^{3} \sqrt{1 - \sqrt{x}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} + \frac{8 i x^{2} \sqrt{1 - \sqrt{x}}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} - \frac{8 i x^{2}}{- 3 x^{\frac{5}{2}} + 3 x^{2}} & \text{otherwise} \end{cases}}{4} ∫ atan ( x − 1 ) d x = C + x atan ( x − 1 ) − 4 ⎩ ⎨ ⎧ − − 3 x 2 5 + 3 x 2 4 x 2 5 x − 1 + − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 5 − − 3 x 2 5 + 3 x 2 4 x 3 x − 1 + − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 x 2 x − 1 − − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 − − 3 x 2 5 + 3 x 2 4 i x 2 5 1 − x + − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 5 − − 3 x 2 5 + 3 x 2 4 i x 3 1 − x + − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 1 − x − − 3 x 2 5 + 3 x 2 8 i x 2 for ∣ x ∣ > 1 otherwise
Gráfica
1 2 3 4 5 6 7 8 9 16 10 11 12 13 14 15 0 2
Estos ejemplos se pueden aplicar para introducción de los límites de integración inferior y superior.