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La integración de $\sqrt{\tan x}$

He tratado de evaluar $$\int\sqrt{\tan(x)} dx$$ pero, según wolfram, debo de haber cometido un error en alguna parte. No podía encontrar a mí mismo, así que ¿podrías decirme donde me equivocaba ? $$\int \sqrt{\tan(x)}dx$$ $$u=\sqrt{\tan(x)}\qquad du = \frac{\sec^2(x)}{2\sqrt{\tan(x)}}dx$$ $$du = \frac{u^4+1}{2u}dx\qquad dx = \frac{2u}{u^4+1}du$$ $$4\int \frac{u^2}{u^4+1}du$$ $$\frac{u^2}{u^4+1} = \frac{\frac{1}{2\sqrt{2}}u}{u^2-\sqrt{2}u+1}-\frac{\frac{1}{2\sqrt{2}}u}{u^2+\sqrt{2}u+1}$$ $$\frac{1}{2\sqrt{2}}\int\left(\frac{u}{u^2-\sqrt{2}u+1}-\frac{u}{u^2+\sqrt{2}u+1}\right)du$$ $$\frac{1}{2\sqrt{2}}\int\left(\frac{u}{u^2-\sqrt{2}u+\frac{1}{2}+\frac{1}{2}}-\frac{u}{u^2+\sqrt{2}u+\frac{1}{2}+\frac{1}{2}}\right)du$$ $$\frac{1}{2\sqrt{2}}\int\left(\frac{u_1}{\left(u_1-\frac{\sqrt{2}}{2}\right)^2+\frac{1}{2}}\right)du_1-\frac{1}{2\sqrt{2}}\int\left(\frac{u_2}{\left(u_2+\frac{\sqrt{2}}{2}\right)^2+\frac{1}{2}}\right)du_2$$ $$u_1-\frac{\sqrt{2}}{2} = \frac{1}{\sqrt{2}}\tan(\theta_1)\qquad du_1 = \frac{1}{\sqrt{2}}\sec^2(\theta_1)d\theta_1$$ $$u_2+\frac{\sqrt{2}}{2} = \frac{1}{\sqrt{2}}\tan(\theta_2)\qquad du_2 = \frac{1}{\sqrt{2}}\sec^2(\theta_2)d\theta_2$$ $$\frac{1}{2\sqrt{2}}\int\left(\frac{\frac{\sqrt{2}}{2} + \frac{1}{\sqrt{2}}\tan(\theta_1)}{\frac{1}{2}(1+\tan^2(\theta_1))}\right)\frac{1}{\sqrt{2}}\sec^2(\theta_1)d\theta_1-\frac{1}{2\sqrt{2}}\int\left(\frac{\frac{-\sqrt{2}}{2}+\frac{1}{\sqrt{2}}\tan(\theta_2)}{\frac{1}{2}(1+\tan^2(\theta_2))}\right)\frac{1}{\sqrt{2}}\sec^2(\theta_2)d\theta_2$$ $$\frac{1}{4}\int\left(\frac{\frac{\sqrt{2}}{2} + \frac{1}{\sqrt{2}}\tan(\theta_1)}{\frac{1}{2}\sec^2(\theta_1)}\right)\sec^2(\theta_1)d\theta_1-\frac{1}{4}\int\left(\frac{\frac{-\sqrt{2}}{2}+\frac{1}{\sqrt{2}}\tan(\theta_2)}{\frac{1}{2}\sec^2(\theta_2)}\right)\sec^2(\theta_2)d\theta_2$$ $$\frac{1}{2}\int\left(\frac{\sqrt{2}}{2} + \frac{1}{\sqrt{2}}\tan(\theta_1)\right)d\theta_1-\frac{1}{2}\int\left(\frac{-\sqrt{2}}{2}+\frac{1}{\sqrt{2}}\tan(\theta_2)\right)d\theta_2$$ $$\frac{1}{2}\left(\frac{\sqrt{2}}{2}\theta_1 + \frac{1}{\sqrt{2}}\ln|\sec(\theta_1)|\right)-\frac{1}{2}\left(-\frac{\sqrt{2}}{2}\theta_2 + \frac{1}{\sqrt{2}}\ln|\sec(\theta_2)|\right)$$ $$\frac{1}{2}\left(\frac{\sqrt{2}}{2}\tan^{-1}(u\sqrt{2}-1) + \frac{1}{\sqrt{2}}\ln|(u\sqrt{2}-1)^2+1|\right)-\frac{1}{2}\left(-\frac{\sqrt{2}}{2}\tan^{-1}(u\sqrt{2}+1) + \frac{1}{\sqrt{2}}\ln|(u\sqrt{2}+1)^2+1|\right)$$ La anterior es una línea entera. $$\frac{1}{2}\left[\frac{\sqrt{2}}{2}\tan^{-1}\left(\frac{u\sqrt{2}}{2-2u^2}\right)+\frac{1}{\sqrt{2}}\ln\left|\frac{(u\sqrt{2}-1)^2+1}{(u\sqrt{2}+1)^2+1}\right|\right]$$ Aquí he utilizado la identidad $$\arctan(x) + \arctan(y) = \left(\frac{x+y}{1-xy}\right)$$


$$\frac{\sqrt{2}}{4}\tan^{-1}\left(\frac{u\sqrt{2}}{2-2u^2}\right)+\frac{1}{2\sqrt{2}}\ln\left|\frac{(u\sqrt{2}-1)^2+1}{(u\sqrt{2}+1)^2+1}\right|$$ $$\frac{\sqrt{2}}{4}\tan^{-1}\left(\frac{\sqrt{2\tan(x)}}{2-2\tan(x)}\right)+\frac{1}{2\sqrt{2}}\ln\left|\frac{\tan(x)-\sqrt{2\tan(x)}+1}{\tan(x)+\sqrt{2\tan(x)}+1}\right|$$

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dan_fulea Puntos 379

Es difícil de seguir, y encontrar el lugar donde los coeficientes son, posiblemente, no se copian correctamente, así que tal vez es más fácil tener una limpieza rápida de cálculo, que permite una rápida comparación de los resultados finales.

Mismo inicio, $u=\sqrt{\tan x}$, por lo que formalmente $x=\arctan(u^2)$, $dx=\frac{2u\; du}{1+u^4}$, \begin{align} \int\sqrt{\tan x}\; dx &\equiv \int\frac{2u^2}{u^4+1}\; du \\\\ &= \int\frac{u^2+1}{u^4+1}\; du + \int\frac{u^2-1}{u^4+1}\; du \\\\ &= \int\frac{(u^2+1)/u^2}{(u^4+1)/u^2}\; du + \int\frac{(u^2-1)/u^2}{(u^4+1)/u^2}\; du \\\\ &= \int\frac{d\left(u-\frac 1u\right)}{\left(u-\frac 1u\right)^2+2} + \int\frac{d\left(u+\frac 1u\right)}{\left(u+\frac 1u\right)^2-2} \\\\ &= \frac 1{\sqrt 2}\arctan\left(\frac 1{\sqrt 2}\left(u-\frac 1u\right)\right) + \frac 1{2\sqrt 2}\ln\left| \frac {\left(u+\frac 1u\right)-\sqrt 2} {\left(u+\frac 1u\right)+\sqrt 2} \right| +\text{local constant} \ . \end{align} (El coeficiente del término logarítmico está bien. Por el plazo que implican $\arctan$, podemos pasar a su "inversa". Espero que, esta es una respuesta que dar el beneficio en el futuro, no sólo la persecución de $\pm1/2$ en este caso en particular.)

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