3.368 \(\int \cos ^4(a+b x) (d \tan (a+b x))^n \, dx\)

Optimal. Leaf size=50 \[ \frac{(d \tan (a+b x))^{n+1} \, _2F_1\left (3,\frac{n+1}{2};\frac{n+3}{2};-\tan ^2(a+b x)\right )}{b d (n+1)} \]

[Out]

(Hypergeometric2F1[3, (1 + n)/2, (3 + n)/2, -Tan[a + b*x]^2]*(d*Tan[a + b*x])^(1 + n))/(b*d*(1 + n))

________________________________________________________________________________________

Rubi [A]  time = 0.0445644, antiderivative size = 50, normalized size of antiderivative = 1., number of steps used = 2, number of rules used = 2, integrand size = 19, \(\frac{\text{number of rules}}{\text{integrand size}}\) = 0.105, Rules used = {2607, 364} \[ \frac{(d \tan (a+b x))^{n+1} \, _2F_1\left (3,\frac{n+1}{2};\frac{n+3}{2};-\tan ^2(a+b x)\right )}{b d (n+1)} \]

Antiderivative was successfully verified.

[In]

Int[Cos[a + b*x]^4*(d*Tan[a + b*x])^n,x]

[Out]

(Hypergeometric2F1[3, (1 + n)/2, (3 + n)/2, -Tan[a + b*x]^2]*(d*Tan[a + b*x])^(1 + n))/(b*d*(1 + n))

Rule 2607

Int[sec[(e_.) + (f_.)*(x_)]^(m_)*((b_.)*tan[(e_.) + (f_.)*(x_)])^(n_.), x_Symbol] :> Dist[1/f, Subst[Int[(b*x)
^n*(1 + x^2)^(m/2 - 1), x], x, Tan[e + f*x]], x] /; FreeQ[{b, e, f, n}, x] && IntegerQ[m/2] &&  !(IntegerQ[(n
- 1)/2] && LtQ[0, n, m - 1])

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 \cos ^4(a+b x) (d \tan (a+b x))^n \, dx &=\frac{\operatorname{Subst}\left (\int \frac{(d x)^n}{\left (1+x^2\right )^3} \, dx,x,\tan (a+b x)\right )}{b}\\ &=\frac{\, _2F_1\left (3,\frac{1+n}{2};\frac{3+n}{2};-\tan ^2(a+b x)\right ) (d \tan (a+b x))^{1+n}}{b d (1+n)}\\ \end{align*}

Mathematica [C]  time = 13.2093, size = 1712, normalized size = 34.24 \[ \text{result too large to display} \]

Warning: Unable to verify antiderivative.

[In]

Integrate[Cos[a + b*x]^4*(d*Tan[a + b*x])^n,x]

[Out]

(-8*(3 + n)*(AppellF1[(1 + n)/2, n, 1, (3 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2] - 8*(AppellF1[(1 +
n)/2, n, 2, (3 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2] - 3*AppellF1[(1 + n)/2, n, 3, (3 + n)/2, Tan[(
a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2] + 4*AppellF1[(1 + n)/2, n, 4, (3 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x
)/2]^2] - 2*AppellF1[(1 + n)/2, n, 5, (3 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]))*Cos[(a + b*x)/2]^3
*Cos[a + b*x]^5*Sin[(a + b*x)/2]^2*(d*Tan[a + b*x])^n)/(b*(1 + n)*((3 + n)*AppellF1[(1 + n)/2, n, 1, (3 + n)/2
, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]*(1 + Cos[a + b*x]) + 2*(16*AppellF1[(3 + n)/2, n, 3, (5 + n)/2, Tan
[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2] - 72*AppellF1[(3 + n)/2, n, 4, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a +
b*x)/2]^2] + 128*AppellF1[(3 + n)/2, n, 5, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2] - 80*AppellF1[(
3 + n)/2, n, 6, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2] + n*AppellF1[(3 + n)/2, 1 + n, 1, (5 + n)/
2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2] - 8*n*AppellF1[(3 + n)/2, 1 + n, 2, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2,
 -Tan[(a + b*x)/2]^2] + 24*n*AppellF1[(3 + n)/2, 1 + n, 3, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]
 - 32*n*AppellF1[(3 + n)/2, 1 + n, 4, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2] + 16*n*AppellF1[(3 +
 n)/2, 1 + n, 5, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2] - 24*AppellF1[(1 + n)/2, n, 2, (3 + n)/2,
 Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]*Cos[(a + b*x)/2]^2 - 8*n*AppellF1[(1 + n)/2, n, 2, (3 + n)/2, Tan[(a
 + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]*Cos[(a + b*x)/2]^2 + 72*AppellF1[(1 + n)/2, n, 3, (3 + n)/2, Tan[(a + b*x)/
2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]*Cos[(a + b*x)/2]^2 + 24*n*AppellF1[(1 + n)/2, n, 3, (3 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2,
-Tan[(a + b*x)/2]^2]*Cos[(a + b*x)/2]^2 - 96*AppellF1[(1 + n)/2, n, 4, (3 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a
+ b*x)/2]^2]*Cos[(a + b*x)/2]^2 - 32*n*AppellF1[(1 + n)/2, n, 4, (3 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)
/2]^2]*Cos[(a + b*x)/2]^2 + AppellF1[(3 + n)/2, n, 2, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]*(-1
+ Cos[a + b*x]) - 16*AppellF1[(3 + n)/2, n, 3, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]*Cos[a + b*x
] + 72*AppellF1[(3 + n)/2, n, 4, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]*Cos[a + b*x] - 128*Appell
F1[(3 + n)/2, n, 5, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]*Cos[a + b*x] + 80*AppellF1[(3 + n)/2,
n, 6, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]*Cos[a + b*x] - n*AppellF1[(3 + n)/2, 1 + n, 1, (5 +
n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]*Cos[a + b*x] + 8*n*AppellF1[(3 + n)/2, 1 + n, 2, (5 + n)/2, Tan
[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]*Cos[a + b*x] - 24*n*AppellF1[(3 + n)/2, 1 + n, 3, (5 + n)/2, Tan[(a + b*
x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)/2]^2]*Cos[a + b*x] + 32*n*AppellF1[(3 + n)/2, 1 + n, 4, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2,
 -Tan[(a + b*x)/2]^2]*Cos[a + b*x] - 16*n*AppellF1[(3 + n)/2, 1 + n, 5, (5 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a
 + b*x)/2]^2]*Cos[a + b*x] + 8*(3 + n)*AppellF1[(1 + n)/2, n, 5, (3 + n)/2, Tan[(a + b*x)/2]^2, -Tan[(a + b*x)
/2]^2]*(1 + Cos[a + b*x])))*(Sin[(a + b*x)/2] - Sin[(3*(a + b*x))/2]))

________________________________________________________________________________________

Maple [F]  time = 180., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \text{hanged} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int(cos(b*x+a)^4*(d*tan(b*x+a))^n,x)

[Out]

int(cos(b*x+a)^4*(d*tan(b*x+a))^n,x)

________________________________________________________________________________________

Maxima [F]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \int \left (d \tan \left (b x + a\right )\right )^{n} \cos \left (b x + a\right )^{4}\,{d x} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(cos(b*x+a)^4*(d*tan(b*x+a))^n,x, algorithm="maxima")

[Out]

integrate((d*tan(b*x + a))^n*cos(b*x + a)^4, x)

________________________________________________________________________________________

Fricas [F]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*}{\rm integral}\left (\left (d \tan \left (b x + a\right )\right )^{n} \cos \left (b x + a\right )^{4}, x\right ) \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(cos(b*x+a)^4*(d*tan(b*x+a))^n,x, algorithm="fricas")

[Out]

integral((d*tan(b*x + a))^n*cos(b*x + a)^4, 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(cos(b*x+a)**4*(d*tan(b*x+a))**n,x)

[Out]

Timed out

________________________________________________________________________________________

Giac [F]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \int \left (d \tan \left (b x + a\right )\right )^{n} \cos \left (b x + a\right )^{4}\,{d x} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(cos(b*x+a)^4*(d*tan(b*x+a))^n,x, algorithm="giac")

[Out]

integrate((d*tan(b*x + a))^n*cos(b*x + a)^4, x)