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

Ask by Tyler Paul. 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.

Revisado y aprobado por el equipo de tutoría de UpStudy

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To solve the integral \( \int \frac{x^{2}-1}{x(x-1)^{2}} d x \), we can start with partial fraction decomposition. We express: \[ \frac{x^{2}-1}{x(x-1)^{2}} = \frac{A}{x} + \frac{B}{x-1} + \frac{C}{(x-1)^{2}} \] Multiplying through by the common denominator \( x(x-1)^{2} \) gives: \[ x^{2}-1 = A(x-1)^{2} + Bx(x-1) + Cx \] Expanding the right side: \[ A(x^2 - 2x + 1) + B(x^2 - x) + Cx = Ax^2 - 2Ax + A + Bx^2 - Bx + Cx \] Combine like terms: \[ (A + B)x^2 + (-2A - B + C)x + A \] Matching coefficients from both sides, we have: 1. \( A + B = 1 \) 2. \( -2A - B + C = 0 \) 3. \( A = -1 \) From \( A = -1 \), substituting in the first equation gives \( -1 + B = 1 \) leading to \( B = 2 \). Then substituting \( A \) and \( B \) into the second equation: \[ -2(-1) - 2 + C = 0 \Rightarrow 2 - 2 + C = 0 \Rightarrow C = 0 \] Thus, we have \( A = -1 \), \( B = 2 \), and \( C = 0 \). Therefore, we rewrite the integral: \[ \frac{x^{2}-1}{x(x-1)^{2}} = \frac{-1}{x} + \frac{2}{x-1} \] Now we can integrate each term: \[ \int \left( -\frac{1}{x} + \frac{2}{x-1} \right) dx = -\ln |x| + 2\ln |x-1| + C \] So the final result is: \[ \int \frac{x^{2}-1}{x(x-1)^{2}} d x = -\ln |x| + 2\ln |x-1| + C \]

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