3.408 \(\int \frac{(a+a \sin (e+f x))^m}{c-c \sin (e+f x)} \, dx\)

Optimal. Leaf size=76 \[ \frac{2^{m+\frac{1}{2}} \sec (e+f x) (\sin (e+f x)+1)^{\frac{1}{2}-m} (a \sin (e+f x)+a)^m \, _2F_1\left (-\frac{1}{2},\frac{1}{2}-m;\frac{1}{2};\frac{1}{2} (1-\sin (e+f x))\right )}{c f} \]

[Out]

(2^(1/2 + m)*Hypergeometric2F1[-1/2, 1/2 - m, 1/2, (1 - Sin[e + f*x])/2]*Sec[e + f*x]*(1 + Sin[e + f*x])^(1/2
- m)*(a + a*Sin[e + f*x])^m)/(c*f)

________________________________________________________________________________________

Rubi [A]  time = 0.132706, antiderivative size = 76, normalized size of antiderivative = 1., number of steps used = 4, number of rules used = 4, integrand size = 26, \(\frac{\text{number of rules}}{\text{integrand size}}\) = 0.154, Rules used = {2736, 2689, 70, 69} \[ \frac{2^{m+\frac{1}{2}} \sec (e+f x) (\sin (e+f x)+1)^{\frac{1}{2}-m} (a \sin (e+f x)+a)^m \, _2F_1\left (-\frac{1}{2},\frac{1}{2}-m;\frac{1}{2};\frac{1}{2} (1-\sin (e+f x))\right )}{c f} \]

Antiderivative was successfully verified.

[In]

Int[(a + a*Sin[e + f*x])^m/(c - c*Sin[e + f*x]),x]

[Out]

(2^(1/2 + m)*Hypergeometric2F1[-1/2, 1/2 - m, 1/2, (1 - Sin[e + f*x])/2]*Sec[e + f*x]*(1 + Sin[e + f*x])^(1/2
- m)*(a + a*Sin[e + f*x])^m)/(c*f)

Rule 2736

Int[((a_) + (b_.)*sin[(e_.) + (f_.)*(x_)])^(m_.)*((c_) + (d_.)*sin[(e_.) + (f_.)*(x_)])^(n_.), x_Symbol] :> Di
st[a^m*c^m, Int[Cos[e + f*x]^(2*m)*(c + d*Sin[e + f*x])^(n - m), x], x] /; FreeQ[{a, b, c, d, e, f, n}, x] &&
EqQ[b*c + a*d, 0] && EqQ[a^2 - b^2, 0] && IntegerQ[m] &&  !(IntegerQ[n] && ((LtQ[m, 0] && GtQ[n, 0]) || LtQ[0,
 n, m] || LtQ[m, n, 0]))

Rule 2689

Int[(cos[(e_.) + (f_.)*(x_)]*(g_.))^(p_)*((a_) + (b_.)*sin[(e_.) + (f_.)*(x_)])^(m_.), x_Symbol] :> Dist[(a^2*
(g*Cos[e + f*x])^(p + 1))/(f*g*(a + b*Sin[e + f*x])^((p + 1)/2)*(a - b*Sin[e + f*x])^((p + 1)/2)), Subst[Int[(
a + b*x)^(m + (p - 1)/2)*(a - b*x)^((p - 1)/2), x], x, Sin[e + f*x]], x] /; FreeQ[{a, b, e, f, g, m, p}, x] &&
 EqQ[a^2 - b^2, 0] &&  !IntegerQ[m]

Rule 70

Int[((a_) + (b_.)*(x_))^(m_)*((c_) + (d_.)*(x_))^(n_), x_Symbol] :> Dist[(c + d*x)^FracPart[n]/((b/(b*c - a*d)
)^IntPart[n]*((b*(c + d*x))/(b*c - a*d))^FracPart[n]), Int[(a + b*x)^m*Simp[(b*c)/(b*c - a*d) + (b*d*x)/(b*c -
 a*d), x]^n, x], x] /; FreeQ[{a, b, c, d, m, n}, x] && NeQ[b*c - a*d, 0] &&  !IntegerQ[m] &&  !IntegerQ[n] &&
(RationalQ[m] ||  !SimplerQ[n + 1, m + 1])

Rule 69

Int[((a_) + (b_.)*(x_))^(m_)*((c_) + (d_.)*(x_))^(n_), x_Symbol] :> Simp[((a + b*x)^(m + 1)*Hypergeometric2F1[
-n, m + 1, m + 2, -((d*(a + b*x))/(b*c - a*d))])/(b*(m + 1)*(b/(b*c - a*d))^n), x] /; FreeQ[{a, b, c, d, m, n}
, x] && NeQ[b*c - a*d, 0] &&  !IntegerQ[m] &&  !IntegerQ[n] && GtQ[b/(b*c - a*d), 0] && (RationalQ[m] ||  !(Ra
tionalQ[n] && GtQ[-(d/(b*c - a*d)), 0]))

Rubi steps

\begin{align*} \int \frac{(a+a \sin (e+f x))^m}{c-c \sin (e+f x)} \, dx &=\frac{\int \sec ^2(e+f x) (a+a \sin (e+f x))^{1+m} \, dx}{a c}\\ &=\frac{\left (a \sec (e+f x) \sqrt{a-a \sin (e+f x)} \sqrt{a+a \sin (e+f x)}\right ) \operatorname{Subst}\left (\int \frac{(a+a x)^{-\frac{1}{2}+m}}{(a-a x)^{3/2}} \, dx,x,\sin (e+f x)\right )}{c f}\\ &=\frac{\left (2^{-\frac{1}{2}+m} a \sec (e+f x) \sqrt{a-a \sin (e+f x)} (a+a \sin (e+f x))^m \left (\frac{a+a \sin (e+f x)}{a}\right )^{\frac{1}{2}-m}\right ) \operatorname{Subst}\left (\int \frac{\left (\frac{1}{2}+\frac{x}{2}\right )^{-\frac{1}{2}+m}}{(a-a x)^{3/2}} \, dx,x,\sin (e+f x)\right )}{c f}\\ &=\frac{2^{\frac{1}{2}+m} \, _2F_1\left (-\frac{1}{2},\frac{1}{2}-m;\frac{1}{2};\frac{1}{2} (1-\sin (e+f x))\right ) \sec (e+f x) (1+\sin (e+f x))^{\frac{1}{2}-m} (a+a \sin (e+f x))^m}{c f}\\ \end{align*}

Mathematica [C]  time = 15.8283, size = 3844, normalized size = 50.58 \[ \text{Result too large to show} \]

Warning: Unable to verify antiderivative.

[In]

Integrate[(a + a*Sin[e + f*x])^m/(c - c*Sin[e + f*x]),x]

[Out]

-((Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]*(Cos[(e + f*x)/2] - Sin[(e + f*x)/2])^2*(a + a*S
in[e + f*x])^m*(-(AppellF1[-1/2, -2*m, 2*m, 1/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*(Sec
[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)) + (3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2
 - f*x)/4]^2]*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3
/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e +
 Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2
, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)))/(2*f*(c - c*Sin[e + f*x])*(Cos[Pi/4 + (e - Pi/2
+ f*x)/2] - Sin[Pi/4 + (e - Pi/2 + f*x)/2])^2*(-(m*(Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*(-(AppellF1[-1/2, -2*m,
2*m, 1/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)) + (3*Ap
pellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^
2*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-
e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*
x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Tan[(-e
 + Pi/2 - f*x)/4]^2)))/2 - ((Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*Csc[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*(-(AppellF1[-1/2, -2
*m, 2*m, 1/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)) + (
3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)
/4]^2*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Ta
n[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2
- f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Tan
[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)))/8 + ((Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]*(-(m*AppellF1[-1/2
, -2*m, 2*m, 1/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*
Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]) - (Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*(m*AppellF1[1/2, 1 - 2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + P
i/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4] + m*AppellF1
[1/2, -2*m, 1 + 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*
Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]) + (3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x
)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(2*(3*Appe
llF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*
m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[
(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)) + (3*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/
4]^2*(-(m*AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e +
Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/3 - (m*AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2
, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/3)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f
*x)/4]^2)^(2*m))/(3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4
*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2,
-2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2) - (3
*m*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x
)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^3*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(-1 + 2*m))/(3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2
, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + P
i/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2,
-Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2) - (3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 -
f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*(-2*
m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -
2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-
e + Pi/2 - f*x)/4] + 3*(-(m*AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x
)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/3 - (m*AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e
+ Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/3) - 4*m
*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*((-6*m*AppellF1[5/2, 1 - 2*m, 1 + 2*m, 7/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e +
 Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/5 + (3*(1 - 2*m)*AppellF1[5/2, 2 - 2*m
, 2*m, 7/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2
 - f*x)/4])/10 - (3*(1 + 2*m)*AppellF1[5/2, -2*m, 2 + 2*m, 7/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 -
f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/10)))/(3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e
 + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x
)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e
+ Pi/2 - f*x)/4]^2])*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^2))/2))

________________________________________________________________________________________

Maple [F]  time = 0.181, size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \int{\frac{ \left ( a+a\sin \left ( fx+e \right ) \right ) ^{m}}{c-c\sin \left ( fx+e \right ) }}\, dx \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int((a+a*sin(f*x+e))^m/(c-c*sin(f*x+e)),x)

[Out]

int((a+a*sin(f*x+e))^m/(c-c*sin(f*x+e)),x)

________________________________________________________________________________________

Maxima [F]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} -\int \frac{{\left (a \sin \left (f x + e\right ) + a\right )}^{m}}{c \sin \left (f x + e\right ) - c}\,{d x} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate((a+a*sin(f*x+e))^m/(c-c*sin(f*x+e)),x, algorithm="maxima")

[Out]

-integrate((a*sin(f*x + e) + a)^m/(c*sin(f*x + e) - c), x)

________________________________________________________________________________________

Fricas [F]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*}{\rm integral}\left (-\frac{{\left (a \sin \left (f x + e\right ) + a\right )}^{m}}{c \sin \left (f x + e\right ) - c}, x\right ) \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate((a+a*sin(f*x+e))^m/(c-c*sin(f*x+e)),x, algorithm="fricas")

[Out]

integral(-(a*sin(f*x + e) + a)^m/(c*sin(f*x + e) - c), x)

________________________________________________________________________________________

Sympy [F]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} - \frac{\int \frac{\left (a \sin{\left (e + f x \right )} + a\right )^{m}}{\sin{\left (e + f x \right )} - 1}\, dx}{c} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate((a+a*sin(f*x+e))**m/(c-c*sin(f*x+e)),x)

[Out]

-Integral((a*sin(e + f*x) + a)**m/(sin(e + f*x) - 1), x)/c

________________________________________________________________________________________

Giac [F]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \int -\frac{{\left (a \sin \left (f x + e\right ) + a\right )}^{m}}{c \sin \left (f x + e\right ) - c}\,{d x} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate((a+a*sin(f*x+e))^m/(c-c*sin(f*x+e)),x, algorithm="giac")

[Out]

integrate(-(a*sin(f*x + e) + a)^m/(c*sin(f*x + e) - c), x)