3.390 \(\int x^5 (d+e x)^2 (a+b x^2)^p \, dx\)

Optimal. Leaf size=188 \[ \frac{a^2 \left (b d^2-a e^2\right ) \left (a+b x^2\right )^{p+1}}{2 b^4 (p+1)}-\frac{a \left (2 b d^2-3 a e^2\right ) \left (a+b x^2\right )^{p+2}}{2 b^4 (p+2)}+\frac{\left (b d^2-3 a e^2\right ) \left (a+b x^2\right )^{p+3}}{2 b^4 (p+3)}+\frac{e^2 \left (a+b x^2\right )^{p+4}}{2 b^4 (p+4)}+\frac{2}{7} d e x^7 \left (a+b x^2\right )^p \left (\frac{b x^2}{a}+1\right )^{-p} \, _2F_1\left (\frac{7}{2},-p;\frac{9}{2};-\frac{b x^2}{a}\right ) \]

[Out]

(a^2*(b*d^2 - a*e^2)*(a + b*x^2)^(1 + p))/(2*b^4*(1 + p)) - (a*(2*b*d^2 - 3*a*e^2)*(a + b*x^2)^(2 + p))/(2*b^4
*(2 + p)) + ((b*d^2 - 3*a*e^2)*(a + b*x^2)^(3 + p))/(2*b^4*(3 + p)) + (e^2*(a + b*x^2)^(4 + p))/(2*b^4*(4 + p)
) + (2*d*e*x^7*(a + b*x^2)^p*Hypergeometric2F1[7/2, -p, 9/2, -((b*x^2)/a)])/(7*(1 + (b*x^2)/a)^p)

________________________________________________________________________________________

Rubi [A]  time = 0.179971, antiderivative size = 188, normalized size of antiderivative = 1., number of steps used = 7, number of rules used = 6, integrand size = 20, \(\frac{\text{number of rules}}{\text{integrand size}}\) = 0.3, Rules used = {1652, 446, 77, 12, 365, 364} \[ \frac{a^2 \left (b d^2-a e^2\right ) \left (a+b x^2\right )^{p+1}}{2 b^4 (p+1)}-\frac{a \left (2 b d^2-3 a e^2\right ) \left (a+b x^2\right )^{p+2}}{2 b^4 (p+2)}+\frac{\left (b d^2-3 a e^2\right ) \left (a+b x^2\right )^{p+3}}{2 b^4 (p+3)}+\frac{e^2 \left (a+b x^2\right )^{p+4}}{2 b^4 (p+4)}+\frac{2}{7} d e x^7 \left (a+b x^2\right )^p \left (\frac{b x^2}{a}+1\right )^{-p} \, _2F_1\left (\frac{7}{2},-p;\frac{9}{2};-\frac{b x^2}{a}\right ) \]

Antiderivative was successfully verified.

[In]

Int[x^5*(d + e*x)^2*(a + b*x^2)^p,x]

[Out]

(a^2*(b*d^2 - a*e^2)*(a + b*x^2)^(1 + p))/(2*b^4*(1 + p)) - (a*(2*b*d^2 - 3*a*e^2)*(a + b*x^2)^(2 + p))/(2*b^4
*(2 + p)) + ((b*d^2 - 3*a*e^2)*(a + b*x^2)^(3 + p))/(2*b^4*(3 + p)) + (e^2*(a + b*x^2)^(4 + p))/(2*b^4*(4 + p)
) + (2*d*e*x^7*(a + b*x^2)^p*Hypergeometric2F1[7/2, -p, 9/2, -((b*x^2)/a)])/(7*(1 + (b*x^2)/a)^p)

Rule 1652

Int[(Pq_)*(x_)^(m_.)*((a_) + (b_.)*(x_)^2)^(p_), x_Symbol] :> Module[{q = Expon[Pq, x], k}, Int[x^m*Sum[Coeff[
Pq, x, 2*k]*x^(2*k), {k, 0, q/2}]*(a + b*x^2)^p, x] + Int[x^(m + 1)*Sum[Coeff[Pq, x, 2*k + 1]*x^(2*k), {k, 0,
(q - 1)/2}]*(a + b*x^2)^p, x]] /; FreeQ[{a, b, p}, x] && PolyQ[Pq, x] &&  !PolyQ[Pq, x^2] && IGtQ[m, -2] &&  !
IntegerQ[2*p]

Rule 446

Int[(x_)^(m_.)*((a_) + (b_.)*(x_)^(n_))^(p_.)*((c_) + (d_.)*(x_)^(n_))^(q_.), x_Symbol] :> Dist[1/n, Subst[Int
[x^(Simplify[(m + 1)/n] - 1)*(a + b*x)^p*(c + d*x)^q, x], x, x^n], x] /; FreeQ[{a, b, c, d, m, n, p, q}, x] &&
 NeQ[b*c - a*d, 0] && IntegerQ[Simplify[(m + 1)/n]]

Rule 77

Int[((a_.) + (b_.)*(x_))*((c_) + (d_.)*(x_))^(n_.)*((e_.) + (f_.)*(x_))^(p_.), x_Symbol] :> Int[ExpandIntegran
d[(a + b*x)*(c + d*x)^n*(e + f*x)^p, x], x] /; FreeQ[{a, b, c, d, e, f, n}, x] && NeQ[b*c - a*d, 0] && ((ILtQ[
n, 0] && ILtQ[p, 0]) || EqQ[p, 1] || (IGtQ[p, 0] && ( !IntegerQ[n] || LeQ[9*p + 5*(n + 2), 0] || GeQ[n + p + 1
, 0] || (GeQ[n + p + 2, 0] && RationalQ[a, b, c, d, e, f]))))

Rule 12

Int[(a_)*(u_), x_Symbol] :> Dist[a, Int[u, x], x] /; FreeQ[a, x] &&  !MatchQ[u, (b_)*(v_) /; FreeQ[b, x]]

Rule 365

Int[((c_.)*(x_))^(m_.)*((a_) + (b_.)*(x_)^(n_))^(p_), x_Symbol] :> Dist[(a^IntPart[p]*(a + b*x^n)^FracPart[p])
/(1 + (b*x^n)/a)^FracPart[p], Int[(c*x)^m*(1 + (b*x^n)/a)^p, x], x] /; FreeQ[{a, b, c, m, n, p}, x] &&  !IGtQ[
p, 0] &&  !(ILtQ[p, 0] || GtQ[a, 0])

Rule 364

Int[((c_.)*(x_))^(m_.)*((a_) + (b_.)*(x_)^(n_))^(p_), x_Symbol] :> Simp[(a^p*(c*x)^(m + 1)*Hypergeometric2F1[-
p, (m + 1)/n, (m + 1)/n + 1, -((b*x^n)/a)])/(c*(m + 1)), x] /; FreeQ[{a, b, c, m, n, p}, x] &&  !IGtQ[p, 0] &&
 (ILtQ[p, 0] || GtQ[a, 0])

Rubi steps

\begin{align*} \int x^5 (d+e x)^2 \left (a+b x^2\right )^p \, dx &=\int 2 d e x^6 \left (a+b x^2\right )^p \, dx+\int x^5 \left (a+b x^2\right )^p \left (d^2+e^2 x^2\right ) \, dx\\ &=\frac{1}{2} \operatorname{Subst}\left (\int x^2 (a+b x)^p \left (d^2+e^2 x\right ) \, dx,x,x^2\right )+(2 d e) \int x^6 \left (a+b x^2\right )^p \, dx\\ &=\frac{1}{2} \operatorname{Subst}\left (\int \left (-\frac{a^2 \left (-b d^2+a e^2\right ) (a+b x)^p}{b^3}+\frac{a \left (-2 b d^2+3 a e^2\right ) (a+b x)^{1+p}}{b^3}+\frac{\left (b d^2-3 a e^2\right ) (a+b x)^{2+p}}{b^3}+\frac{e^2 (a+b x)^{3+p}}{b^3}\right ) \, dx,x,x^2\right )+\left (2 d e \left (a+b x^2\right )^p \left (1+\frac{b x^2}{a}\right )^{-p}\right ) \int x^6 \left (1+\frac{b x^2}{a}\right )^p \, dx\\ &=\frac{a^2 \left (b d^2-a e^2\right ) \left (a+b x^2\right )^{1+p}}{2 b^4 (1+p)}-\frac{a \left (2 b d^2-3 a e^2\right ) \left (a+b x^2\right )^{2+p}}{2 b^4 (2+p)}+\frac{\left (b d^2-3 a e^2\right ) \left (a+b x^2\right )^{3+p}}{2 b^4 (3+p)}+\frac{e^2 \left (a+b x^2\right )^{4+p}}{2 b^4 (4+p)}+\frac{2}{7} d e x^7 \left (a+b x^2\right )^p \left (1+\frac{b x^2}{a}\right )^{-p} \, _2F_1\left (\frac{7}{2},-p;\frac{9}{2};-\frac{b x^2}{a}\right )\\ \end{align*}

Mathematica [A]  time = 0.21493, size = 205, normalized size = 1.09 \[ \frac{1}{14} \left (a+b x^2\right )^p \left (\frac{7 d^2 \left (a+b x^2\right ) \left (2 a^2-2 a b (p+1) x^2+b^2 \left (p^2+3 p+2\right ) x^4\right )}{b^3 (p+1) (p+2) (p+3)}+\frac{7 e^2 \left (a+b x^2\right ) \left (6 a^2 b (p+1) x^2-6 a^3-3 a b^2 \left (p^2+3 p+2\right ) x^4+b^3 \left (p^3+6 p^2+11 p+6\right ) x^6\right )}{b^4 (p+1) (p+2) (p+3) (p+4)}+4 d e x^7 \left (\frac{b x^2}{a}+1\right )^{-p} \, _2F_1\left (\frac{7}{2},-p;\frac{9}{2};-\frac{b x^2}{a}\right )\right ) \]

Antiderivative was successfully verified.

[In]

Integrate[x^5*(d + e*x)^2*(a + b*x^2)^p,x]

[Out]

((a + b*x^2)^p*((7*d^2*(a + b*x^2)*(2*a^2 - 2*a*b*(1 + p)*x^2 + b^2*(2 + 3*p + p^2)*x^4))/(b^3*(1 + p)*(2 + p)
*(3 + p)) + (7*e^2*(a + b*x^2)*(-6*a^3 + 6*a^2*b*(1 + p)*x^2 - 3*a*b^2*(2 + 3*p + p^2)*x^4 + b^3*(6 + 11*p + 6
*p^2 + p^3)*x^6))/(b^4*(1 + p)*(2 + p)*(3 + p)*(4 + p)) + (4*d*e*x^7*Hypergeometric2F1[7/2, -p, 9/2, -((b*x^2)
/a)])/(1 + (b*x^2)/a)^p))/14

________________________________________________________________________________________

Maple [F]  time = 0.614, size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \int{x}^{5} \left ( ex+d \right ) ^{2} \left ( b{x}^{2}+a \right ) ^{p}\, dx \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int(x^5*(e*x+d)^2*(b*x^2+a)^p,x)

[Out]

int(x^5*(e*x+d)^2*(b*x^2+a)^p,x)

________________________________________________________________________________________

Maxima [F]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \frac{{\left ({\left (p^{2} + 3 \, p + 2\right )} b^{3} x^{6} +{\left (p^{2} + p\right )} a b^{2} x^{4} - 2 \, a^{2} b p x^{2} + 2 \, a^{3}\right )}{\left (b x^{2} + a\right )}^{p} d^{2}}{2 \,{\left (p^{3} + 6 \, p^{2} + 11 \, p + 6\right )} b^{3}} + \int{\left (e^{2} x^{7} + 2 \, d e x^{6}\right )}{\left (b x^{2} + a\right )}^{p}\,{d x} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(x^5*(e*x+d)^2*(b*x^2+a)^p,x, algorithm="maxima")

[Out]

1/2*((p^2 + 3*p + 2)*b^3*x^6 + (p^2 + p)*a*b^2*x^4 - 2*a^2*b*p*x^2 + 2*a^3)*(b*x^2 + a)^p*d^2/((p^3 + 6*p^2 +
11*p + 6)*b^3) + integrate((e^2*x^7 + 2*d*e*x^6)*(b*x^2 + a)^p, x)

________________________________________________________________________________________

Fricas [F]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*}{\rm integral}\left ({\left (e^{2} x^{7} + 2 \, d e x^{6} + d^{2} x^{5}\right )}{\left (b x^{2} + a\right )}^{p}, x\right ) \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(x^5*(e*x+d)^2*(b*x^2+a)^p,x, algorithm="fricas")

[Out]

integral((e^2*x^7 + 2*d*e*x^6 + d^2*x^5)*(b*x^2 + a)^p, x)

________________________________________________________________________________________

Sympy [C]  time = 82.4758, size = 3043, normalized size = 16.19 \begin{align*} \text{result too large to display} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(x**5*(e*x+d)**2*(b*x**2+a)**p,x)

[Out]

2*a**p*d*e*x**7*hyper((7/2, -p), (9/2,), b*x**2*exp_polar(I*pi)/a)/7 + d**2*Piecewise((a**p*x**6/6, Eq(b, 0)),
 (2*a**2*log(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(4*a**2*b**3 + 8*a*b**4*x**2 + 4*b**5*x**4) + 2*a**2*log(I*sqrt(a)*sqrt
(1/b) + x)/(4*a**2*b**3 + 8*a*b**4*x**2 + 4*b**5*x**4) + a**2/(4*a**2*b**3 + 8*a*b**4*x**2 + 4*b**5*x**4) + 4*
a*b*x**2*log(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(4*a**2*b**3 + 8*a*b**4*x**2 + 4*b**5*x**4) + 4*a*b*x**2*log(I*sqrt(a)*
sqrt(1/b) + x)/(4*a**2*b**3 + 8*a*b**4*x**2 + 4*b**5*x**4) + 2*b**2*x**4*log(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(4*a**2
*b**3 + 8*a*b**4*x**2 + 4*b**5*x**4) + 2*b**2*x**4*log(I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(4*a**2*b**3 + 8*a*b**4*x**2 +
 4*b**5*x**4) - 2*b**2*x**4/(4*a**2*b**3 + 8*a*b**4*x**2 + 4*b**5*x**4), Eq(p, -3)), (-2*a**2*log(-I*sqrt(a)*s
qrt(1/b) + x)/(2*a*b**3 + 2*b**4*x**2) - 2*a**2*log(I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(2*a*b**3 + 2*b**4*x**2) - 2*a**2
/(2*a*b**3 + 2*b**4*x**2) - 2*a*b*x**2*log(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(2*a*b**3 + 2*b**4*x**2) - 2*a*b*x**2*log
(I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(2*a*b**3 + 2*b**4*x**2) + b**2*x**4/(2*a*b**3 + 2*b**4*x**2), Eq(p, -2)), (a**2*log
(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(2*b**3) + a**2*log(I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(2*b**3) - a*x**2/(2*b**2) + x**4/(4*b
), Eq(p, -1)), (2*a**3*(a + b*x**2)**p/(2*b**3*p**3 + 12*b**3*p**2 + 22*b**3*p + 12*b**3) - 2*a**2*b*p*x**2*(a
 + b*x**2)**p/(2*b**3*p**3 + 12*b**3*p**2 + 22*b**3*p + 12*b**3) + a*b**2*p**2*x**4*(a + b*x**2)**p/(2*b**3*p*
*3 + 12*b**3*p**2 + 22*b**3*p + 12*b**3) + a*b**2*p*x**4*(a + b*x**2)**p/(2*b**3*p**3 + 12*b**3*p**2 + 22*b**3
*p + 12*b**3) + b**3*p**2*x**6*(a + b*x**2)**p/(2*b**3*p**3 + 12*b**3*p**2 + 22*b**3*p + 12*b**3) + 3*b**3*p*x
**6*(a + b*x**2)**p/(2*b**3*p**3 + 12*b**3*p**2 + 22*b**3*p + 12*b**3) + 2*b**3*x**6*(a + b*x**2)**p/(2*b**3*p
**3 + 12*b**3*p**2 + 22*b**3*p + 12*b**3), True)) + e**2*Piecewise((a**p*x**8/8, Eq(b, 0)), (6*a**3*log(-I*sqr
t(a)*sqrt(1/b) + x)/(12*a**3*b**4 + 36*a**2*b**5*x**2 + 36*a*b**6*x**4 + 12*b**7*x**6) + 6*a**3*log(I*sqrt(a)*
sqrt(1/b) + x)/(12*a**3*b**4 + 36*a**2*b**5*x**2 + 36*a*b**6*x**4 + 12*b**7*x**6) + 2*a**3/(12*a**3*b**4 + 36*
a**2*b**5*x**2 + 36*a*b**6*x**4 + 12*b**7*x**6) + 18*a**2*b*x**2*log(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(12*a**3*b**4 +
 36*a**2*b**5*x**2 + 36*a*b**6*x**4 + 12*b**7*x**6) + 18*a**2*b*x**2*log(I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(12*a**3*b**
4 + 36*a**2*b**5*x**2 + 36*a*b**6*x**4 + 12*b**7*x**6) + 18*a*b**2*x**4*log(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(12*a**3
*b**4 + 36*a**2*b**5*x**2 + 36*a*b**6*x**4 + 12*b**7*x**6) + 18*a*b**2*x**4*log(I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(12*a
**3*b**4 + 36*a**2*b**5*x**2 + 36*a*b**6*x**4 + 12*b**7*x**6) - 9*a*b**2*x**4/(12*a**3*b**4 + 36*a**2*b**5*x**
2 + 36*a*b**6*x**4 + 12*b**7*x**6) + 6*b**3*x**6*log(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(12*a**3*b**4 + 36*a**2*b**5*x*
*2 + 36*a*b**6*x**4 + 12*b**7*x**6) + 6*b**3*x**6*log(I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(12*a**3*b**4 + 36*a**2*b**5*x*
*2 + 36*a*b**6*x**4 + 12*b**7*x**6) - 9*b**3*x**6/(12*a**3*b**4 + 36*a**2*b**5*x**2 + 36*a*b**6*x**4 + 12*b**7
*x**6), Eq(p, -4)), (-6*a**3*log(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(4*a**2*b**4 + 8*a*b**5*x**2 + 4*b**6*x**4) - 6*a**
3*log(I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(4*a**2*b**4 + 8*a*b**5*x**2 + 4*b**6*x**4) - 3*a**3/(4*a**2*b**4 + 8*a*b**5*x*
*2 + 4*b**6*x**4) - 12*a**2*b*x**2*log(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(4*a**2*b**4 + 8*a*b**5*x**2 + 4*b**6*x**4) -
 12*a**2*b*x**2*log(I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(4*a**2*b**4 + 8*a*b**5*x**2 + 4*b**6*x**4) - 6*a*b**2*x**4*log(-
I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(4*a**2*b**4 + 8*a*b**5*x**2 + 4*b**6*x**4) - 6*a*b**2*x**4*log(I*sqrt(a)*sqrt(1/b) +
 x)/(4*a**2*b**4 + 8*a*b**5*x**2 + 4*b**6*x**4) + 6*a*b**2*x**4/(4*a**2*b**4 + 8*a*b**5*x**2 + 4*b**6*x**4) +
2*b**3*x**6/(4*a**2*b**4 + 8*a*b**5*x**2 + 4*b**6*x**4), Eq(p, -3)), (6*a**3*log(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(4*
a*b**4 + 4*b**5*x**2) + 6*a**3*log(I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(4*a*b**4 + 4*b**5*x**2) + 6*a**3/(4*a*b**4 + 4*b*
*5*x**2) + 6*a**2*b*x**2*log(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(4*a*b**4 + 4*b**5*x**2) + 6*a**2*b*x**2*log(I*sqrt(a)*
sqrt(1/b) + x)/(4*a*b**4 + 4*b**5*x**2) - 3*a*b**2*x**4/(4*a*b**4 + 4*b**5*x**2) + b**3*x**6/(4*a*b**4 + 4*b**
5*x**2), Eq(p, -2)), (-a**3*log(-I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(2*b**4) - a**3*log(I*sqrt(a)*sqrt(1/b) + x)/(2*b**4
) + a**2*x**2/(2*b**3) - a*x**4/(4*b**2) + x**6/(6*b), Eq(p, -1)), (-6*a**4*(a + b*x**2)**p/(2*b**4*p**4 + 20*
b**4*p**3 + 70*b**4*p**2 + 100*b**4*p + 48*b**4) + 6*a**3*b*p*x**2*(a + b*x**2)**p/(2*b**4*p**4 + 20*b**4*p**3
 + 70*b**4*p**2 + 100*b**4*p + 48*b**4) - 3*a**2*b**2*p**2*x**4*(a + b*x**2)**p/(2*b**4*p**4 + 20*b**4*p**3 +
70*b**4*p**2 + 100*b**4*p + 48*b**4) - 3*a**2*b**2*p*x**4*(a + b*x**2)**p/(2*b**4*p**4 + 20*b**4*p**3 + 70*b**
4*p**2 + 100*b**4*p + 48*b**4) + a*b**3*p**3*x**6*(a + b*x**2)**p/(2*b**4*p**4 + 20*b**4*p**3 + 70*b**4*p**2 +
 100*b**4*p + 48*b**4) + 3*a*b**3*p**2*x**6*(a + b*x**2)**p/(2*b**4*p**4 + 20*b**4*p**3 + 70*b**4*p**2 + 100*b
**4*p + 48*b**4) + 2*a*b**3*p*x**6*(a + b*x**2)**p/(2*b**4*p**4 + 20*b**4*p**3 + 70*b**4*p**2 + 100*b**4*p + 4
8*b**4) + b**4*p**3*x**8*(a + b*x**2)**p/(2*b**4*p**4 + 20*b**4*p**3 + 70*b**4*p**2 + 100*b**4*p + 48*b**4) +
6*b**4*p**2*x**8*(a + b*x**2)**p/(2*b**4*p**4 + 20*b**4*p**3 + 70*b**4*p**2 + 100*b**4*p + 48*b**4) + 11*b**4*
p*x**8*(a + b*x**2)**p/(2*b**4*p**4 + 20*b**4*p**3 + 70*b**4*p**2 + 100*b**4*p + 48*b**4) + 6*b**4*x**8*(a + b
*x**2)**p/(2*b**4*p**4 + 20*b**4*p**3 + 70*b**4*p**2 + 100*b**4*p + 48*b**4), True))

________________________________________________________________________________________

Giac [F]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \int{\left (e x + d\right )}^{2}{\left (b x^{2} + a\right )}^{p} x^{5}\,{d x} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(x^5*(e*x+d)^2*(b*x^2+a)^p,x, algorithm="giac")

[Out]

integrate((e*x + d)^2*(b*x^2 + a)^p*x^5, x)