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Question Number 151118 by mnjuly1970 last updated on 18/Aug/21

        ∫_0 ^( ∞) (( arctan((x/2))+arctan(2x))/(x^( 2) +1))=^? (π^( 2) /4)

$$\:\: \\ $$ $$\:\:\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\infty} \frac{\:{arctan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)+{arctan}\left(\mathrm{2}{x}\right)}{{x}^{\:\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\overset{?} {=}\frac{\pi^{\:\mathrm{2}} }{\mathrm{4}} \\ $$ $$ \\ $$

Answered by Olaf_Thorendsen last updated on 18/Aug/21

I = ∫_0 ^∞ ((arctan((x/2))+arctan(2x))/(x^2 +1)) dx  Let u = (1/x) :  I = ∫_0 ^∞ ((arctan((1/(2u)))+arctan((2/u)))/(u^2 +1)) du  I = ∫_0 ^∞ (((π/2)−arctan(2u)+(π/2)−arctan((u/2)))/(u^2 +1)) du  I = ∫_0 ^∞ (π/(u^2 +1)) du−I  2I = π[arctanu]_0 ^∞  = (π^2 /2)  I = (π^2 /4)

$$\mathrm{I}\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{arctan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)+\mathrm{arctan}\left(\mathrm{2}{x}\right)}{{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\:{dx} \\ $$ $$\mathrm{Let}\:{u}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{{x}}\:: \\ $$ $$\mathrm{I}\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{arctan}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{u}}\right)+\mathrm{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}}{{u}}\right)}{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\:{du} \\ $$ $$\mathrm{I}\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\mathrm{arctan}\left(\mathrm{2}{u}\right)+\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\mathrm{arctan}\left(\frac{{u}}{\mathrm{2}}\right)}{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\:{du} \\ $$ $$\mathrm{I}\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\pi}{{u}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}\:{du}−\mathrm{I} \\ $$ $$\mathrm{2I}\:=\:\pi\left[\mathrm{arctan}{u}\right]_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:=\:\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}} \\ $$ $$\mathrm{I}\:=\:\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}} \\ $$

Commented bypuissant last updated on 18/Aug/21

monsieur arctan((x/2))+arctan(2x)=(π/2)  avec ca on avait directement le   resultat..

$${monsieur}\:{arctan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)+{arctan}\left(\mathrm{2}{x}\right)=\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$ $${avec}\:{ca}\:{on}\:{avait}\:{directement}\:{le}\: \\ $$ $${resultat}.. \\ $$

Commented byOlaf_Thorendsen last updated on 18/Aug/21

Non.  arctan((x/2))+arctan((2/x)) = (π/2).  Deja quand x tend vers l′infini  par exemple, vous voyez bien que  votre formule est fausse.

$$\mathrm{Non}. \\ $$ $$\mathrm{arctan}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)+\mathrm{arctan}\left(\frac{\mathrm{2}}{{x}}\right)\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{2}}. \\ $$ $$\mathrm{Deja}\:\mathrm{quand}\:{x}\:\mathrm{tend}\:\mathrm{vers}\:\mathrm{l}'\mathrm{infini} \\ $$ $$\mathrm{par}\:\mathrm{exemple},\:\mathrm{vous}\:\mathrm{voyez}\:\mathrm{bien}\:\mathrm{que} \\ $$ $$\mathrm{votre}\:\mathrm{formule}\:\mathrm{est}\:\mathrm{fausse}. \\ $$

Commented bymnjuly1970 last updated on 18/Aug/21

      very nice mr olaf...

$$\:\:\:\:\:\:{very}\:{nice}\:{mr}\:{olaf}... \\ $$

Commented bypuissant last updated on 18/Aug/21

oui monsieur vous avez raison car  arctan(x)+arctan((1/x))=(π/2)sgn(x)..

$${oui}\:{monsieur}\:{vous}\:{avez}\:{raison}\:{car} \\ $$ $${arctan}\left({x}\right)+{arctan}\left(\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)=\frac{\pi}{\mathrm{2}}{sgn}\left({x}\right).. \\ $$

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