How to solve #int_(-pi/3)^(pi/3)# #(|x| + tan x)^2dx#?

#x# is an absolute value

1 Answer
Jun 8, 2018

#int_(-pi/3)^(pi/3) (absx+tanx)^2dx = (2pi^3)/81-pi/3 + sqrt3#

Explanation:

Using the additivity of the integral:

#int_(-pi/3)^(pi/3) (absx+tanx)^2dx = int_(-pi/3)^0 (absx+tanx)^2dx + int_0^(pi/3) (absx+tanx)^2dx#

In the first integral substitute #t=-x#:

#int_(-pi/3)^0 (absx+tanx)^2dx = int_(pi/3)^0 (abs(-t)+tan(-t))^2d(-t)#

#int_(-pi/3)^0 (absx+tanx)^2dx = int_0^(pi/3) (abs(t)-tant)^2dt#

Change the name of the integration variable to #x# again for clarity:

#int_(-pi/3)^(pi/3) (absx+tanx)^2dx = int_0^(pi/3) (absx+tanx)^2dx + int_0^(pi/3) (abs(x)-tanx)^2dx#

as in the interval of integration #x# is positive, then #absx = x#:

#int_(-pi/3)^(pi/3) (absx+tanx)^2dx = int_0^(pi/3) (x+tanx)^2dx + int_0^(pi/3) (x-tanx)^2dx#

using the linearity of the integral:

#int_(-pi/3)^(pi/3) (absx+tanx)^2dx = int_0^(pi/3) ((x+tanx)^2+(x-tanx)^2)dx#

#int_(-pi/3)^(pi/3) (absx+tanx)^2dx = int_0^(pi/3) (x^2+2xtanx+tan^2x+x^2-2xtanx+tan^2x)dx#

#int_(-pi/3)^(pi/3) (absx+tanx)^2dx = 2int_0^(pi/3) (x^2+tan^2x)dx#

#int_(-pi/3)^(pi/3) (absx+tanx)^2dx = 2int_0^(pi/3) x^2dx+2int_0^(pi/3) tan^2xdx#

Using the trigonometric identity:

#tan^2x=sec^2x-1#

#int_(-pi/3)^(pi/3) (absx+tanx)^2dx = 2int_0^(pi/3) x^2dx+2int_0^(pi/3) (sec^2x-1)dx#

#int_(-pi/3)^(pi/3) (absx+tanx)^2dx = 2int_0^(pi/3) x^2dx+2int_0^(pi/3) sec^2xdx - 2int_0^(pi/3)dx#

#int_(-pi/3)^(pi/3) (absx+tanx)^2dx = 2[x^3/3+tanx-x]_0^(pi/3)#

#int_(-pi/3)^(pi/3) (absx+tanx)^2dx = (2pi^3)/81-pi/3 + sqrt3#