Pregunta
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-(5) \( \int \frac{3 x^{3}+x}{1+x^{4}} \mathrm{~d} x \);

Ask by Osborne Deleon. in China
Jan 23,2025

Solución de tutoría real

Respuesta verificada por el tutor

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The integral of \( \frac{3x^{3}+x}{1+x^{4}} \) with respect to \( x \) is \( \frac{3}{4}\ln{(x^{4}+1)}+\frac{1}{2}\arctan(x^{2}) + C \).

Solución

Calculate the integral \( \int \frac{3x^3+x}{1+x^4} \, dx \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using substitution: \(\int \frac{3x^{3}+x}{1+x^{4}} dx\) - step1: Rewrite the fraction: \(\int \left(\frac{3x^{3}}{1+x^{4}}+\frac{x}{1+x^{4}}\right) dx\) - step2: Use properties of integrals: \(\int \frac{3x^{3}}{1+x^{4}} dx+\int \frac{x}{1+x^{4}} dx\) - step3: Evaluate the integral: \(\frac{3}{4}\ln{\left(x^{4}+1\right)}+\int \frac{x}{1+x^{4}} dx\) - step4: Evaluate the integral: \(\frac{3}{4}\ln{\left(x^{4}+1\right)}+\frac{1}{2}\arctan\left(x^{2}\right)\) - step5: Add the constant of integral C: \(\frac{3}{4}\ln{\left(x^{4}+1\right)}+\frac{1}{2}\arctan\left(x^{2}\right) + C, C \in \mathbb{R}\) The integral of \( \frac{3x^{3}+x}{1+x^{4}} \) with respect to \( x \) is \( \frac{3}{4}\ln{(x^{4}+1)}+\frac{1}{2}\arctan(x^{2}) + C \), where \( C \) is an arbitrary constant.

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Beyond the Answer

To solve the integral \( \int \frac{3 x^{3}+x}{1+x^{4}} \mathrm{~d} x \), we can first separate the integrand. Notice that we can rewrite it as follows: \[ \int \frac{3x^3+x}{1+x^4} dx = \int \frac{3x^3}{1+x^4} dx + \int \frac{x}{1+x^4} dx \] For the first part, consider the substitution \( u = 1 + x^4 \), leading to \( du = 4x^3 dx \), which simplifies our integral. For the second part, you can use a numerical approach or partial fraction decomposition. After these integrations, combine the results to finalize the answer. Isn't it interesting how by breaking down complex integrals into manageable pieces, we can tackle them more easily? Math is like a treasure hunt, where every discovery leads you to a deeper understanding!

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