Question Number 219193 by fantastic last updated on 20/Apr/25

$$\int\sqrt{\frac{{x}+\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{2}}}\:.\frac{\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{3}}\:{dx}=? \\ $$
Answered by aleks041103 last updated on 20/Apr/25

$$\frac{{x}+\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{2}}={u}=\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow{x}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{u}}−\mathrm{2}=\frac{\mathrm{2}{u}−\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{u}} \\ $$$$\Rightarrow{dx}=\frac{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}−{u}\right)−\left(−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{u}−\mathrm{1}\right)}{\left(\mathrm{1}−{u}\right)^{\mathrm{2}} }{du}= \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}−\mathrm{2}{u}+\mathrm{2}{u}−\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}−{u}\right)^{\mathrm{2}} }{du}=\frac{{du}}{\left(\mathrm{1}−{u}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{3}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{u}}}=\frac{\mathrm{1}−{u}}{\mathrm{2}−{u}}=\frac{{u}−\mathrm{1}}{{u}−\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow{I}=\int\sqrt{\frac{{x}+\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{2}}\:}\frac{{dx}}{{x}+\mathrm{3}}\:=\:\int\sqrt{{u}}\:\frac{{u}−\mathrm{1}}{{u}−\mathrm{2}}\:\frac{{du}}{\left({u}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }= \\ $$$$=\int\:\frac{\sqrt{{u}}{du}}{\left({u}−\mathrm{1}\right)\left({u}−\mathrm{2}\right)} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\left({u}−\mathrm{1}\right)\left({u}−\mathrm{2}\right)}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{{u}−\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{{u}−\mathrm{1}} \\ $$$$\Rightarrow\:{I}=\int\:\frac{\sqrt{{u}}{du}}{{u}−\mathrm{2}}\:−\:\int\:\frac{\sqrt{{u}}{du}}{{u}−\mathrm{1}} \\ $$$$\int\:\frac{\sqrt{{u}}{du}}{{u}−{a}}\:=\:\int\frac{\mathrm{2}{u}}{{u}−{a}}\:\frac{{du}}{\mathrm{2}\sqrt{{u}}}\:=\:\mathrm{2}{J}_{{a}} \\ $$$${z}=\sqrt{{u}}=\sqrt{\frac{{x}+\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{2}}} \\ $$$$\Rightarrow{J}_{{a}} =\:\int\frac{{z}^{\mathrm{2}} }{{z}^{\mathrm{2}} −{a}}{dz}=\int\mathrm{1}+\frac{{a}}{{z}^{\mathrm{2}} −{a}}{dz}= \\ $$$$={z}+\sqrt{{a}}\int\frac{{d}\left({z}/\sqrt{{a}}\right)}{\left({z}/\sqrt{{a}}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}= \\ $$$$={z}+\frac{\sqrt{{a}}}{\mathrm{2}}\:{ln}\mid\frac{{z}−\sqrt{{a}}}{{z}+\sqrt{{a}}}\mid \\ $$$$\Rightarrow{I}=\mathrm{2}\left({J}_{\mathrm{2}} −{J}_{\mathrm{1}} \right)= \\ $$$$=\sqrt{\mathrm{2}}{ln}\mid\frac{{z}−\sqrt{\mathrm{2}}}{{z}+\sqrt{\mathrm{2}}}\mid−{ln}\mid\frac{{z}−\mathrm{1}}{{z}+\mathrm{1}}\mid \\ $$$$\Rightarrow\int\sqrt{\frac{{x}+\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{2}}}\:\frac{{dx}}{{x}+\mathrm{3}}\:=\:\sqrt{\mathrm{2}}\:{ln}\mid\frac{\sqrt{\frac{{x}+\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{2}}}−\sqrt{\mathrm{2}}}{\:\sqrt{\frac{{x}+\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{2}}}+\sqrt{\mathrm{2}}}\mid−{ln}\mid\frac{\sqrt{\frac{{x}+\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{2}}}−\mathrm{1}}{\:\sqrt{\frac{{x}+\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{2}}}+\mathrm{1}}\mid+{C} \\ $$
Answered by Frix last updated on 20/May/25

$$\int\frac{\sqrt{{x}+\mathrm{1}}}{\left({x}+\mathrm{3}\right)\sqrt{{x}+\mathrm{2}}}{dx}= \\ $$$$=\int\frac{{dx}}{\:\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\sqrt{{x}+\mathrm{2}}}−\mathrm{2}\int\frac{{dx}}{\:\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\sqrt{{x}+\mathrm{2}}\left({x}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$\left(\mathrm{1}\right) \\ $$$$\int\frac{{dx}}{\:\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\sqrt{{x}+\mathrm{2}}}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:_{{dx}=\mathrm{2}\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\sqrt{{x}+\mathrm{2}}\frac{{dt}}{{t}}} ^{{t}=\sqrt{{x}+\mathrm{1}}+\sqrt{{x}+\mathrm{2}}} \\ $$$$=\mathrm{2}\int\frac{{dt}}{{t}}=\mathrm{2ln}\:{t}\:=\mathrm{2ln}\:\left(\sqrt{{x}+\mathrm{1}}+\sqrt{{x}+\mathrm{2}}\right) \\ $$$$\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$$−\mathrm{2}\int\frac{{dx}}{\:\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\sqrt{{x}+\mathrm{2}}\left({x}+\mathrm{3}\right)}= \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:_{{dx}=\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\sqrt{{x}+\mathrm{2}}\frac{{dt}}{{t}−\mathrm{3}}} ^{{t}=\mathrm{2}\left({x}+\mathrm{3}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\sqrt{{x}+\mathrm{2}}\right)\:\Leftrightarrow\:{x}=\frac{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{12}{t}+\mathrm{20}}{\mathrm{4}\left({t}−\mathrm{3}\right)}} \\ $$$$=−\mathrm{8}\int\frac{{dt}}{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{8}}=\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\:\frac{{t}+\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}{{t}−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}}\:= \\ $$$$=\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\:\mid\frac{{x}+\mathrm{3}+\sqrt{\mathrm{2}}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\sqrt{{x}+\mathrm{2}}}{{x}+\mathrm{3}−\sqrt{\mathrm{2}}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\sqrt{{x}+\mathrm{2}}}\mid \\ $$$$\Rightarrow \\ $$$$\int\frac{\sqrt{{x}+\mathrm{1}}}{\left({x}+\mathrm{3}\right)\sqrt{{x}+\mathrm{2}}}{dx}= \\ $$$$=\mathrm{2ln}\:\mid\sqrt{{x}+\mathrm{1}}+\sqrt{{x}+\mathrm{2}}\mid\:+\sqrt{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\:\mid\frac{{x}+\mathrm{3}+\sqrt{\mathrm{2}}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\sqrt{{x}+\mathrm{2}}}{{x}+\mathrm{3}−\sqrt{\mathrm{2}}+\sqrt{{x}+\mathrm{1}}\sqrt{{x}+\mathrm{2}}}\mid\:+{C} \\ $$