La evaluación de la integral indefinida $ \int \sqrt{\tan x} ~ \mathrm{d}{x}. $

Question

He estado teniendo dificultades extremas con esta integral. Agradecería cualquier ayuda. $$ \int \sqrt{\tan x} ~ \mathrm{d}{x}. $$

Answer 1

Deje $I = \sqrt{\tan x}\;\mathrm{d}x$$J = \sqrt{\cot x}\;\mathrm{d}x$.

Ahora $$\begin{align}I + J &= \int\left(\sqrt{\tan x} + \sqrt{\cot x}\right) \;\mathrm{d}x \\ &= \sqrt{2} \int\frac{\sin x + \cos x}{\sqrt{\sin 2x}} \;\mathrm{d}x \\[5pt] &= \sqrt{2} \int\frac{(\sin x - \cos x)'}{\sqrt{1-(\sin x - \cos x)^2}} \;\mathrm{d}x \\[5pt] &= \sqrt{2} \sin^{-1}(\sin x - \cos x) + \mathbb{C_1} \tag{1} \\ \end{align}$$

y $$\begin{align}I - J &= \int\left(\sqrt{\tan x} - \sqrt{\cot x}\right) \;\mathrm{d}x \\ &= \sqrt{2} \int\frac{(\sin x - \cos x)}{\sqrt{\sin 2x}} \;\mathrm{d}x \\ &= -\sqrt{2} \int\frac{(\sin x + \cos x)'}{\sqrt{(\sin x + \cos x)^2 - 1}} \;\mathrm{d}x \\ &= -\sqrt{2} \ln\left|(\sin x + \cos x) + \sqrt{(\sin x + \cos x)^2 - 1}\right| + \mathbb{C_2} \tag{2} \\ \end{align}$$

Ahora, añadiendo $(1)$$(2)$:

$$I = \frac{1}{\sqrt{2}} \sin^{-1}(\sin x - \cos x) - \frac{1}{\sqrt{2}} \ln\left|\sin x + \cos x + \sqrt{\sin 2x} \vphantom{x^{x^x}} \right| + \mathbb{C}$$

Answer 2

Deje $u = \sqrt{\tan x}$,$u^2 = \tan x$. Por lo tanto $2u\;\mathrm{d}u = \sec^2 x\;\mathrm{d}x = (u^4 + 1)\mathrm{d}x$. Por lo tanto $\mathrm{d}x = \dfrac{2u\;\mathrm{d}u}{u^4 + 1}$. Así:

$$\int\sqrt{\tan x}\;\mathrm{d}x = \int\frac{2u^2}{u^4+1}\;\mathrm{d}u$$ Usted puede tomar desde aquí.

Answer 3

Como ya se ha mencionado en algunas respuestas, vamos a $t^2=\tan x \implies 2tdt=\sec^2x dx$ o $dx=\frac{2t}{t^4+1}$Ahora, podemos fácilmente llegar a la respuesta final de la siguiente manera $$I=\int \frac{2t^2 dt}{t^4+1}=\int \frac{2 dt}{t^2+\frac{1}{t^2}}=\int \frac{\left(1+\frac{1}{t^2}\right)+\left(1-\frac{1}{t^2}\right) dt}{t^2+\frac{1}{t^2}}$$ $$=\int \frac{\left(1+\frac{1}{t^2}\right) dt}{t^2+\frac{1}{t^2}}+\int \frac{\left(1-\frac{1}{t^2}\right) dt}{t^2+\frac{1}{t^2}}=\int \frac{\left(1+\frac{1}{t^2}\right) dt}{\left(t-\frac{1}{t}\right)^2+2}+\int \frac{\left(1-\frac{1}{t^2}\right) dt}{\left(t+\frac{1}{t}\right)^2-2}$$ $$=\int \frac{\left(1+\frac{1}{t^2}\right) dt}{\left(t-\frac{1}{t}\right)^2+(\sqrt{2})^2}+\int \frac{\left(1-\frac{1}{t^2}\right) dt}{\left(t+\frac{1}{t}\right)^2-(\sqrt{2})^2}$$ $$=\frac{1}{\sqrt{2}}\tan^{-1}\left(\frac{t-\frac{1}{t}}{\sqrt{2}}\right)+\frac{1}{2\sqrt{2}}\ln \left(\frac{\left(t+\frac{1}{t}\right)-\sqrt{2}}{\left(t+\frac{1}{t}\right)+\sqrt{2}}\right)+C$$ Now, substituting the value of $t$, we get $$I=\frac{1}{\sqrt{2}}\tan^{-1}\left(\frac{\sqrt{\tan x}-\frac{1}{\sqrt{\tan x}}}{\sqrt{2}}\right)+\frac{1}{2\sqrt{2}}\ln\left(\frac{\sqrt{\tan x}+\frac{1}{\sqrt{\tan x}}-\sqrt{2}}{\sqrt{\tan x}+\frac{1}{\sqrt{\tan x}}+\sqrt{2}}\right)+C$$ $$=\frac{1}{\sqrt{2}}\tan^{-1}\left(\frac{\sqrt{\tan x}-\sqrt{\cot x}}{\sqrt{2}}\right)+\frac{1}{2\sqrt{2}}\ln\left(\frac{\sqrt{\tan x}+\sqrt{\cot x}-\sqrt{2}}{\sqrt{\tan x}+\sqrt{\cot x}+\sqrt{2}}\right)+C$$ $$=\frac{1}{\sqrt{2}}\tan^{-1}\left(\frac{\sin x-\cos x}{\sqrt{\sin 2x}}\right)+\frac{1}{2\sqrt{2}}\ln\left(\frac{\sin x+\cos x-\sqrt{\sin 2x}}{\sin x+\cos x+\sqrt{\sin 2x}}\right)+C$$

Answer 4

Una leve mejoría: en lugar de $u^2=\tan\theta$, vamos a $u^2=2\tan\theta$. Esto le da $$I=\frac1{\sqrt2}\int \frac{4u^2}{u^4+4}\,du =\frac1{\sqrt2}\int \frac{u}{u^2-2u+2}-\frac{u}{u^2+2u+2}\,du\ .$$ Observar que a excepción de la constante de la parte frontal, no surds están involucrados. Ahora sustituye $v=u-1$ para el primer bit y $v=u+1$ para el segundo bit. Usted tendrá que tener cuidado con el álgebra, pero no es del todo malo.