$\int\frac{1}{\sin x+\cos x+\tan x+\cot x+\csc x+\sec x}dx$

Question

Resolver la integral indefinida

$$ I=\int\frac{1}{\sin x+\cos x+\tan x+\cot x+\csc x+\sec x}\;dx $$

Mi Intento:

$$ \begin{align} I&=\int\frac{1}{\sin x+\cos x+\frac{1}{\sin x \cos x}+\frac{\sin x +\cos x}{\sin x\cos x}}\;dx\\ \\ &=\int\frac{\sin x\cos x}{\left(\sin x+\cos x\right)\left(\sin x\cos x \right)+1+\left(\sin x+\cos x\right)}\;dx \end{align} $$

¿Cómo puedo completar la solución, a partir de aquí?

Answer 1

Quieres

$\begin{align} \int\frac{dx}{\sin x+\cos x+\tan x+\cot x+\csc x+\sec x} &= \int\frac{dx}{\sin x+\cos x+\frac{\sin x}{\cos x} +\frac{\cos x}{\sin x}+\frac1{\sin x}+\frac1{\cos x}}\\ &= \int\frac{\sin x \cos x\ dx}{\sin^2 x \cos x+\cos^2 x \sin x+\sin^2 x +\cos^2 x+\cos x+\sin x}\\ &= \int\frac{\sin x \cos x\ dx}{\sin x \cos x(\sin x+ \cos x)+1+\cos x+\sin x}\\ &= \int\frac{\sin x \cos x\ dx}{(\sin x \cos x+1)(\sin x+ \cos x)+1}\\ \end{align} $.

La aplicación de las sustituciones $\sin x = \frac{2t}{1+t^2}, \cos x = \frac{1-t^2}{1+t^2}, dx = \frac{2 dt}{1+t^2}$, esto se convierte en

$\begin{align} \int\frac{\sin x \cos x\ dx}{(\sin x \cos x+1)(\sin x+ \cos x)+1} &=\int\frac{\frac{(2t)(1-t^2)(2dt)}{(1+t^2)^3}} {(\frac{(2t)(1-t^2)}{(1+t^2)^2}+1)(\frac{2t}{1+t^2}+ \frac{1-t^2}{1+t^2})+1}\\ &=\int\frac{(2t)(1-t^2)(2dt)} {((2t)(1-t^2)+(1+t^2)^2)(1+2t-t^2)+(1+t^2)^3}\\ &=\int\frac{4t(1-t^2)dt} {((2t-2t^3)+1+2t^2+t^4)(1+2t-t^2)+1+3t^2+3t^4+t^6}\\ &=\int\frac{4t(1-t^2)dt} {(1+2t+2t^2-2t^3+t^4)(1+2t-t^2)+1+3t^2+3t^4+t^6}\\ &=\int\frac{4t(1-t^2)dt} {2 (t+1) (2 t^4-3 t^3+3 t^2+t+1)} \quad \text{ (according to Wolfram Alpha)}\\ &=\int\frac{2t(1-t)dt} {2 t^4-3 t^3+3 t^2+t+1}\\ \end{align} $.

Según Wolfram Alpha, que el cuarto grado puede ser factorizado como el producto de dos cuadráticas, pero los coeficientes aspecto irracional.

Lo voy a dejar esto.

Answer 2

Si usted no puede ver nada más simple: cuando usted tiene una función racional del pecado y de la cos, siempre se puede utilizar la tangente de la mitad de ángulo de sustitución de $t = \tan (x/2)$. Entonces $$\sin x = \frac{2t}{1+t^2}, \cos x = \frac{1-t^2}{1+t^2}, dx = \frac{2 dt}{1+t^2}.$$ Substituting these converts your integral into the integral of a rational function of $t$, que puede ser integrado por fracciones parciales.

Answer 3

Usted puede utilizar identidades de Euler y ampliar en términos de complejos exponentes como (después de algunas simplificaciones): $$\frac{1}{\sin x+\cos x+\tan x+\cot x+\csc x+\sec x}=\frac{e^{\mathrm i x} \left((1+\mathrm i) e^{2 \mathrm i x}-2 \mathrm i e^{\mathrm i x}+(\mathrm i-1)\right)}{e^{4 \mathrm i x}-(1+\mathrm i) e^{3 \mathrm i x}+6 \mathrm i e^{2 \mathrm i x}+(1-\mathrm i) e^{\mathrm i x}-1}$$ Así $$ \begin{eqnarray} \int\!\!\frac{1}{\sin x\!+\!\cos x\!+\!\tan x\!+\!\cot x\!+\!\csc x\!+\!\sec x}\!\mathrm dx&=&\frac{1}{\mathrm i}\!\!\int \!\! \frac{(1+\mathrm i) e^{2 \mathrm i x}-2 \mathrm i e^{\mathrm i x}+(\mathrm i-1)}{e^{4 \mathrm i x}-(1+\mathrm i) e^{3 \mathrm i x}+6 \mathrm i e^{2 \mathrm i x}+(1-\mathrm i) e^{\mathrm i x}-1}\!\!\mathrm de^{\mathrm i x}\!\!=\\ &=&\frac{1}{\mathrm i}\!\!\int \!\! \frac{(1+\mathrm i) t^{2}-2 \mathrm i t+(\mathrm i-1)}{t^{4}-(1+\mathrm i) t^{3}+6 \mathrm i t^{2}+(1-\mathrm i) t^{}-1} \!\!\mathrm dt&=&\\ &=&\frac{1}{\mathrm i}\!\!\int \!\! \frac{(t-t_{11})(t-t_{12})}{(t-t_{21})(t-t_{22})(t-t_{32})(t-t_{42})} \!\!\mathrm dt \end{eqnarray} $$ Después de que usted puede utilizar parcial fracción de expansión para simplificar la respuesta (Mathematica da 4 claras raíces para el denominador).

Answer 4

Trate de U substistution x = 2 arc tan U