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9.2. \( \int \frac{x^{2}-1}{x(x-1)^{2}} d x \)

Ask by Olson Washington. in South Africa
Feb 04,2025

Solución de tutoría real

Respuesta verificada por el tutor

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The integral of \( \frac{x^{2}-1}{x(x-1)^{2}} \) with respect to \( x \) is \( \ln\left(\frac{(x-1)^{2}}{|x|}\right) + C \).

Solución

Calculate the integral \( \int \frac{x^{2}-1}{x(x-1)^{2}} dx \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using formulas and rules: \(\int \frac{x^{2}-1}{x\left(x-1\right)^{2}} dx\) - step1: Rewrite the fraction: \(\int \left(-\frac{1}{x}+\frac{2}{x-1}\right) dx\) - step2: Use properties of integrals: \(\int -\frac{1}{x} dx+\int \frac{2}{x-1} dx\) - step3: Evaluate the integral: \(-\ln{\left(\left|x\right|\right)}+\int \frac{2}{x-1} dx\) - step4: Evaluate the integral: \(-\ln{\left(\left|x\right|\right)}+2\ln{\left(\left|x-1\right|\right)}\) - step5: Use the logarithm base change rule: \(-\ln{\left(\left|x\right|\right)}+\ln{\left(\left(x-1\right)^{2}\right)}\) - step6: Reorder the terms: \(\ln{\left(\left(x-1\right)^{2}\right)}-\ln{\left(\left|x\right|\right)}\) - step7: Transform the expression: \(\ln{\left(\frac{\left(x-1\right)^{2}}{\left|x\right|}\right)}\) - step8: Add the constant of integral C: \(\ln{\left(\frac{\left(x-1\right)^{2}}{\left|x\right|}\right)} + C, C \in \mathbb{R}\) The integral of \( \frac{x^{2}-1}{x(x-1)^{2}} \) with respect to \( x \) is \( \ln\left(\frac{(x-1)^{2}}{|x|}\right) + C \), where \( C \) is an arbitrary constant.

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Bonus Knowledge

To solve the integral \( \int \frac{x^{2}-1}{x(x-1)^{2}} d x \), we can use the method of partial fractions. We'll first express the integrand in terms of simpler fractions: \[ \frac{x^{2}-1}{x(x-1)^{2}} = \frac{A}{x} + \frac{B}{x-1} + \frac{C}{(x-1)^{2}} \] Multiplying both sides by \( x(x-1)^{2} \) gives: \[ x^{2}-1 = A(x-1)^{2} + Bx(x-1) + Cx \] Expanding the right-hand side and collecting like terms helps to find the constants \( A \), \( B \), and \( C \). After determining \( A = 1 \), \( B = -1 \), and \( C = 0 \), we can rewrite the integral as: \[ \int \left( \frac{1}{x} - \frac{1}{x-1} \right) dx \] Now, we integrate term by term: \[ \int \frac{1}{x} dx - \int \frac{1}{x-1} dx = \ln|x| - \ln|x-1| + C \] Combining the logarithmic terms: \[ \ln \left| \frac{x}{x-1} \right| + C \] Thus, the final result is: \[ \int \frac{x^{2}-1}{x(x-1)^{2}} d x = \ln \left| \frac{x}{x-1} \right| + C \]

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