Una integral similar a AMM$\int_0^1\frac{\arctan x}x\ln\frac{(1+x^2)^3}{(1+x)^2}dx$

Question

¿Cómo se puede evaluar $$I=\int_0^1\frac{\arctan x}x\ln\frac{(1+x^2)^3}{(1+x)^2}dx=0?$$

Traté de sustitución de $x=\frac{1-t}{1+t}$ y consiguió $$I=\int_0^1\frac{2 \ln \frac{2 (t^2+1)^3}{(t+1)^4} \arctan \frac{t-1}{t+1}}{t^2-1}dt\\ =\int_0^1\frac{2 \ln \frac{2 (t^2+1)^3}{(t+1)^4} (\arctan t-\frac\pi4)}{t^2-1}dt$$ Soy capaz de evaluar $$\int_0^1\frac{\ln \frac{2 (t^2+1)^3}{(t+1)^4}}{t^2-1}dt$$ Pero no tengo ni idea de por donde empezar con el resto.

Answer 1

$\text{A solution by Cornel Ioan Valean.}$ El problema es similar al problema $\textbf{AMM 12054}.$ Utilizando el conocido resultado en $\textbf{4.535.1}$ de $\text{Table of Integrals, Series and Products}$ por IS Gradshteyn y IM Ryzhik: \begin{equation*} \int_0^1 \frac{\arctan(y x)}{1+y^2x}\textrm{d}x=\frac{1}{2y^2}\arctan(y)\log(1+y^2), \end {ecuación * } Tenemos: \begin{equation*} \frac{1}{2}\int_0^1\frac{\arctan(y)\log(1+y^2)}{y}=\int_0^1\left(\int_0^1 \frac{y\arctan(y x)}{1+y^2x}\textrm{d}x\right)\textrm{d}y\overset{yx=t}{=}\int_0^1\left(\int_0^y \frac{\arctan(t)}{1+y t}\textrm{d}t\right)\textrm{d}y\\ \end {ecuación *}
\begin{equation*} =\int_0^1\left(\int_t^1 \frac{\arctan(t)}{1+y t}\textrm{d}y\right)\textrm{d}t=\int_0^1\frac{\displaystyle \arctan(y)\log\left(\frac{1+y}{1+y^2}\right)}{y} \textrm{d}y, \end {ecuación *} Y el resultado está probado.

Answer 2

A través de la dilogarithm/trilogarithm maquinaria se puede demostrar que

$$ \int_{0}^{1}\frac{\log(1+i x)\log(1+x)}{x}\,dx=\\\frac{\pi K}{2}-\frac{9i\pi^3}{64}+3iK\log(2)-\frac{3\pi i}{16}\log^2(2)+\frac{5\pi^2}{32}\log(2)-\frac{\log^3(2)}{8}-\frac{69}{16}\zeta(3)+6\,\text{Li}_3\left(\tfrac{1+i}{2}\right) $$

$$ \int_{0}^{1}\frac{\log^2(1+i x)}{x}\,dx=\\ -\frac{\pi K}{2}-\frac{3i\pi^3}{64}+iK\log(2)-\frac{\pi i}{16}\log^2(2)+\frac{5\pi^2}{96}\log(2)-\frac{\log^3(2)}{24}-\frac{3}{16}\zeta(3)+2\,\text{Li}_3\left(\tfrac{1+i}{2}\right) $$

$$ \int_{0}^{1}\frac{\log(1+ix)\log(1-ix)}{x}\,dx= \frac{\pi K}{2}-\frac{27}{32}\zeta(3)$$ de ahí el reclamo de la siguiente manera por $\arctan x=\text{Im}\,\log(1+ix)$ e $\log(1+x^2)=\log(1+ix)+\log(1-ix)$.