3.415 \(\int \frac{(a+a \sin (e+f x))^m}{(c-c \sin (e+f x))^{3/2}} \, dx\)

Optimal. Leaf size=74 \[ \frac{\cos (e+f x) (a \sin (e+f x)+a)^m \, _2F_1\left (2,m+\frac{1}{2};m+\frac{3}{2};\frac{1}{2} (\sin (e+f x)+1)\right )}{2 c f (2 m+1) \sqrt{c-c \sin (e+f x)}} \]

[Out]

(Cos[e + f*x]*Hypergeometric2F1[2, 1/2 + m, 3/2 + m, (1 + Sin[e + f*x])/2]*(a + a*Sin[e + f*x])^m)/(2*c*f*(1 +
 2*m)*Sqrt[c - c*Sin[e + f*x]])

________________________________________________________________________________________

Rubi [A]  time = 0.157211, antiderivative size = 74, normalized size of antiderivative = 1., number of steps used = 3, number of rules used = 3, integrand size = 28, \(\frac{\text{number of rules}}{\text{integrand size}}\) = 0.107, Rules used = {2745, 2667, 68} \[ \frac{\cos (e+f x) (a \sin (e+f x)+a)^m \, _2F_1\left (2,m+\frac{1}{2};m+\frac{3}{2};\frac{1}{2} (\sin (e+f x)+1)\right )}{2 c f (2 m+1) \sqrt{c-c \sin (e+f x)}} \]

Antiderivative was successfully verified.

[In]

Int[(a + a*Sin[e + f*x])^m/(c - c*Sin[e + f*x])^(3/2),x]

[Out]

(Cos[e + f*x]*Hypergeometric2F1[2, 1/2 + m, 3/2 + m, (1 + Sin[e + f*x])/2]*(a + a*Sin[e + f*x])^m)/(2*c*f*(1 +
 2*m)*Sqrt[c - c*Sin[e + f*x]])

Rule 2745

Int[((a_) + (b_.)*sin[(e_.) + (f_.)*(x_)])^(m_)*((c_) + (d_.)*sin[(e_.) + (f_.)*(x_)])^(n_), x_Symbol] :> Dist
[(a^IntPart[m]*c^IntPart[m]*(a + b*Sin[e + f*x])^FracPart[m]*(c + d*Sin[e + f*x])^FracPart[m])/Cos[e + f*x]^(2
*FracPart[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, m, n},
x] && EqQ[b*c + a*d, 0] && EqQ[a^2 - b^2, 0] && (FractionQ[m] ||  !FractionQ[n])

Rule 2667

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

Rule 68

Int[((a_) + (b_.)*(x_))^(m_)*((c_) + (d_.)*(x_))^(n_), x_Symbol] :> Simp[((b*c - a*d)^n*(a + b*x)^(m + 1)*Hype
rgeometric2F1[-n, m + 1, m + 2, -((d*(a + b*x))/(b*c - a*d))])/(b^(n + 1)*(m + 1)), x] /; FreeQ[{a, b, c, d, m
}, x] && NeQ[b*c - a*d, 0] &&  !IntegerQ[m] && IntegerQ[n]

Rubi steps

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

Mathematica [C]  time = 17.3428, size = 3006, normalized size = 40.62 \[ \text{Result too large to show} \]

Warning: Unable to verify antiderivative.

[In]

Integrate[(a + a*Sin[e + f*x])^m/(c - c*Sin[e + f*x])^(3/2),x]

[Out]

-((Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*(Cos[(e + f*x)/2] - Sin[(e + f*x)/2])^3*(a + a*Sin[e + f*x])^m*(AppellF1[
1, -2*m, 2*m, 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)*T
an[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2 - (AppellF1[1, -2*m, 2*m, 2, Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2
]*Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*(Csc[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(1 - C
ot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m) + (2^(1 - 2*m)*AppellF1[1 + 2*m, 2*m, 1, 2 + 2*m, (1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/
4]^2)/2, 1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*(-1 + Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^4)^(2
*m))/(1 + 2*m)))/(8*Sqrt[2]*f*(c - c*Sin[e + f*x])^(3/2)*(Cos[Pi/4 + (e - Pi/2 + f*x)/2] - Sin[Pi/4 + (e - Pi/
2 + f*x)/2])^3*(-(m*Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/4]*(Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(-1 + 2*m)*Sin[(-e + Pi/2 - f*x)/4]*
(AppellF1[1, -2*m, 2*m, 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]^2 - (AppellF1[1, -2*m, 2*m, 2, Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Cot[(-e + Pi/2 -
 f*x)/4]^2]*Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*(Csc[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*
m))/(1 - Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m) + (2^(1 - 2*m)*AppellF1[1 + 2*m, 2*m, 1, 2 + 2*m, (1 - Tan[(-e + Pi
/2 - f*x)/4]^2)/2, 1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*(-1 + Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x
)/4]^4)^(2*m))/(1 + 2*m)))/(8*Sqrt[2]) + ((Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*((AppellF1[1, -2*m, 2*m, 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)^(1 + 2*m)*Tan[(-e + Pi/2 - f*
x)/4])/2 + m*AppellF1[1, -2*m, 2*m, 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]^3 + (Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^
2*(-(m*AppellF1[2, 1 - 2*m, 2*m, 3, 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])/2 - (m*AppellF1[2, -2*m, 1 + 2*m, 3, 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])/2) + (m*AppellF1[1, -2*m, 2*m, 2, Cot
[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^3*(Csc[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^
(2*m)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(1 - Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m) + m*AppellF1[1, -2*m, 2*m
, 2, Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^3*(1 - Cot[(-e + Pi/2 -
 f*x)/4]^2)^(-1 - 2*m)*(Csc[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(1 + 2*m)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m) + (Appell
F1[1, -2*m, 2*m, 2, Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]*(Csc[(-e
 + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(1 + 2*m)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(2*(1 - Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*
m)) - (Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*(Csc[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*((m*AppellF1[2, 1 - 2*m, 2*m, 3, Cot[(-e
+ Pi/2 - f*x)/4]^2, -Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]*Csc[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)/2 + (m*A
ppellF1[2, -2*m, 1 + 2*m, 3, Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]
*Csc[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)/2)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(1 - Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)
 + (m*AppellF1[1, -2*m, 2*m, 2, Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Csc[(-e + Pi/2 - f*x)
/4]*(Csc[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(-1 + 2*m))/(
1 - Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m) + (AppellF1[1 + 2*m, 2*m, 1, 2 + 2*m, (1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)/2
, 1 - 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]^4)^(2*m))/(2^(2*m)*(1 + 2*m)) + (2^(1 - 2*m)*(-((1 + 2*m)*AppellF1[2 + 2*m, 2*m, 2, 3 + 2*m, (1 - Tan[(-
e + Pi/2 - f*x)/4]^2)/2, 1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/
(2*(2 + 2*m)) - (m*(1 + 2*m)*AppellF1[2 + 2*m, 1 + 2*m, 1, 3 + 2*m, (1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)/2, 1 - Ta
n[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/(2*(2 + 2*m)))*(-1 + Tan[(-e +
Pi/2 - f*x)/4]^2)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^4)^(2*m))/(1 + 2*m) - (2^(2 - 2*m)*m*AppellF1[1 + 2*m, 2*m, 1,
 2 + 2*m, (1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)/2, 1 - 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 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^4)^(-1 + 2*m))/(1 + 2*m)
))/(8*Sqrt[2])))

________________________________________________________________________________________

Maple [F]  time = 0.148, size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \int{ \left ( a+a\sin \left ( fx+e \right ) \right ) ^{m} \left ( c-c\sin \left ( fx+e \right ) \right ) ^{-{\frac{3}{2}}}}\, 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))^(3/2),x)

[Out]

int((a+a*sin(f*x+e))^m/(c-c*sin(f*x+e))^(3/2),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}}{{\left (-c \sin \left (f x + e\right ) + c\right )}^{\frac{3}{2}}}\,{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))^(3/2),x, algorithm="maxima")

[Out]

integrate((a*sin(f*x + e) + a)^m/(-c*sin(f*x + e) + c)^(3/2), x)

________________________________________________________________________________________

Fricas [F]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*}{\rm integral}\left (-\frac{\sqrt{-c \sin \left (f x + e\right ) + c}{\left (a \sin \left (f x + e\right ) + a\right )}^{m}}{c^{2} \cos \left (f x + e\right )^{2} + 2 \, c^{2} \sin \left (f x + e\right ) - 2 \, c^{2}}, 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))^(3/2),x, algorithm="fricas")

[Out]

integral(-sqrt(-c*sin(f*x + e) + c)*(a*sin(f*x + e) + a)^m/(c^2*cos(f*x + e)^2 + 2*c^2*sin(f*x + e) - 2*c^2),
x)

________________________________________________________________________________________

Sympy [F(-1)]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \text{Timed out} \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))**(3/2),x)

[Out]

Timed out

________________________________________________________________________________________

Giac [F]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \int \frac{{\left (a \sin \left (f x + e\right ) + a\right )}^{m}}{{\left (-c \sin \left (f x + e\right ) + c\right )}^{\frac{3}{2}}}\,{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))^(3/2),x, algorithm="giac")

[Out]

integrate((a*sin(f*x + e) + a)^m/(-c*sin(f*x + e) + c)^(3/2), x)