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¿Dónde estuvo mi error (problema de integración por sustitución trigonométrica)?

Estoy tratando de resolver el problema

$$\int \frac{dx}{x^2+x+1}$$

Primero, completo el cuadrado, luego factorizo un $\frac {3}{4}$ :

$$\int \frac{dx}{\frac{3}{4}(\frac{4}{3}(x+\frac{1}{2})^2+1)}$$

Dejemos que $u = \sqrt{\frac{4}{3}}(x+\frac{1}{2})$

$$\frac{du}{dx} = \frac{2}{\sqrt{3}}$$

$$dx = \frac{\sqrt{3}}{2} du$$

Por lo tanto, ahora tenemos la integral:

$$\frac{4}{3} \frac{\sqrt{3}}{2} \int \frac{du}{u^2+1}$$

Dejemos que $u = \tan \theta$

$$du = \sec^2\theta \ d\theta$$

Lo que sigue es obvio ahora, y la solución debería serlo:

$$\frac{4}{3} \frac{\sqrt{3}}{2} \theta + C$$

$$\theta = \tan^{-1}(u)$$

Así, la solución final es:

$$\frac{4}{3} \frac{\sqrt{3}}{2} \tan^{-1} \left( \sqrt{\frac 4 3} \left(x+\frac 1 2 \right)\right) + C$$

Sin embargo, según la calculadora online integral-calculator, la respuesta es:

$$\frac 2 {\sqrt 3} \tan^{-1} \left( \frac{2x+1}{\sqrt 3} \right)+C$$

Cualquier indicación de dónde cae mi error sería muy beneficiosa.

7voto

Dr. MV Puntos 34555

Esta respuesta fue publicada antes de una edición hecha por el OP.

Tenga en cuenta que tenemos

$$x^2+x+1=(x+1/2)^2+3/4\ne \frac34 \left(\frac43 (x+1/2)^2+\frac34 \right)=x^2+2+5/2$$

5voto

Michael Hardy Puntos 128804

Su único error parece ser no haberse dado cuenta de que $\displaystyle \frac{4}{3} \frac{\sqrt{3}}{2} \tan^{-1} \left( \sqrt{\frac 4 3} \left(x+\frac 1 2 \right)\right) $ es exactamente lo mismo que $ \displaystyle \frac 2 {\sqrt 3} \tan^{-1} \left( \frac{2x+1}{\sqrt 3} \right).$

Primero tienes $$ \frac 4 3 \cdot \frac{\sqrt 3} 2 = \frac{4\sqrt 3}{\sqrt 3\sqrt 3 \cdot 2} = \frac 2 {\sqrt 3}. $$ Y luego $$ \sqrt{\frac 4 3} \left( x + \frac 1 2 \right) = \frac 2 {\sqrt 3} \left( x + \frac 1 2 \right) = \frac 1 {\sqrt 3} (2x+1). $$

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