Cómo evaluar el % de integral trigonométrico $\int \frac{1}{\cos x+\tan x }dx$

Question

$$\int \dfrac{1}{\cos x+\tan x }dx$$

Esto se puede convertir a

$$\int \dfrac{\cos x}{\sin x+\cos^2x}dx$$

Pero de aquí me han pegado. Usando la substitución t obtendrá en un lío. ¿Hay cualquier trucos que puede divide la fracción en formas más simples?

Answer 1

SUGERENCIA:

$$I=\displaystyle\int \dfrac{\cos x}{\sin x+\cos^2x}dx$$

$$=\displaystyle\int \dfrac{\cos x}{\sin x+1-\sin^2x}dx$$

Poner $\sin x=u, \cos xdx=du $

$$\implies I=\int \frac{du}{1+u-u^2}=\int \frac{4du}{5-(2u-1)^2}$$

Poner $2u-1=v$ y uso de la Fracción parcial descomposición o % $ $$\int\frac{dx}{a^2-x^2}=\frac1{2a}\ln\left|\frac{a+x}{a-x}\right|+C $

Answer 2

Comentó sobre la sustitución de Weirstrass $$\begin{equation*} t=\tan \frac{x}{2}\Leftrightarrow x=2\arctan t,\,dx=\frac{2}{ 1+t^{2}}dt, \end{ecuación *} $$ puede aplicarse a la integral dada. El integrando se convierte una fracción racional en $t$, ya $$\begin{equation*} \cos x=\frac{1-\tan ^{2}\frac{x }{2}}{1+\tan ^{2}\frac{x}{2}}=\frac{1-t^{2}}{1+t^{2}},\,\quad\sin x=\frac{2\tan \frac{x }{2}}{1+\tan ^{2} \frac{x }{2}}=\frac{2t}{1+t^{2}}. \end{ecuación *} $$ contamos con $$\begin{eqnarray*} I &=&\int \frac{1}{\cos x+\tan x}\,dx,\qquad t=\tan \frac{x}{2} \\ &=&\int \frac{2}{\left( \frac{1-t^{2}}{1+t^{2}}+\frac{2t}{1-t^{2}}\right) \left( 1+t^{2}\right) }\,dt \\ &=&\int \frac{2(1-t^{2})}{t^{4}+2t^{3}-2t^{2}+2t+1}\,dt. \end{eqnarray *} $$ desde $$\begin{equation*} t^{4}+2t^{3}-2t^{2}+2t+1=\left( t^{2}+(1-\sqrt{5})t+1\right) \left( t^{2}+(1+\sqrt{5})t+1\right), \end{ecuación *} $$ nos podemos expandir el integrando en fracciones parciales $$\begin{equation*} \frac{2(1-t^{2})}{t^{4}+2t^{3}-2t^{2}+2t+1}=\frac{\sqrt{5}}{5}\left( \frac{2t+1+\sqrt{5}}{t^{2}+(1+\sqrt{5})t+1}-\frac{2t+1-\sqrt{5}}{t^{2}+(1-\sqrt{5})t+1}\right). \end{ecuación *} $$ por lo tanto, $$ \begin{equation*} I=\frac{\sqrt{5}}{5}\int \frac{2t+1+\sqrt{5}}{t^{2}+(1+\sqrt{5})t+1}\,dt- \frac{\sqrt{5}}{5}\int \frac{2t+1-\sqrt{5}}{t^{2}+(1-\sqrt{5})t+1}\,dt. \end{ecuación *} $$ $u(t)=t^{2}+(1+\sqrt{5})t+1,v(t)=t^{2}+(1-\sqrt{5})t+1$. Entonces $$\begin{eqnarray*} I &=&\frac{\sqrt{5}}{5}\int \frac{u^{\prime }(t)}{u(t)}\,dt-\frac{\sqrt{5}}{5}\int \frac{v^{\prime }(t)}{v(t)}\,dt \\ &=&\frac{\sqrt{5}}{5}\log \left\vert u(t)\right\vert -\frac{\sqrt{5}}{5}\log \left\vert v(t)\right\vert +C \\ &=&\frac{\sqrt{5}}{5}\log \left\vert \frac{t^{2}+(1+\sqrt{5})t+1}{t^{2}+(1-\sqrt{5})t+1}\right\vert +C \\ &=&\frac{\sqrt{5}}{5}\log \left\vert \frac{\tan ^{2}\frac{x}{2}+(1+\sqrt{5})\tan \frac{x}{2}+1}{\tan ^{2}\frac{x}{2}+(1-\sqrt{5})\tan \frac{x}{2}+1}\right\vert +C. \end{eqnarray *} $$

Answer 3

$$\displaystyle\int \dfrac{\cos x}{\sin x+\cos^2x}dx = \displaystyle\int \dfrac{1}{\sin x+\cos^2x}d\sin x = \displaystyle\int \dfrac{1}{\sin x+(1-\sin^2x)}d\sin x$$