[next] [prev] [prev-tail] [tail] [up]

3.65 \(\int \cos ^2(e+f x) (a+a \sin (e+f x))^m (c-c \sin (e+f x))^n \, dx\)

Optimal. Leaf size=114 \[ \frac {c^2 2^{n+\frac {3}{2}} \cos ^3(e+f x) (1-\sin (e+f x))^{\frac {1}{2}-n} (a \sin (e+f x)+a)^m (c-c \sin (e+f x))^{n-2} \, _2F_1\left (\frac {1}{2} (2 m+3),\frac {1}{2} (-2 n-1);\frac {1}{2} (2 m+5);\frac {1}{2} (\sin (e+f x)+1)\right )}{f (2 m+3)} \]

[Out]

2^(3/2+n)*c^2*cos(f*x+e)^3*hypergeom([-1/2-n, 3/2+m],[5/2+m],1/2+1/2*sin(f*x+e))*(1-sin(f*x+e))^(1/2-n)*(a+a*s
in(f*x+e))^m*(c-c*sin(f*x+e))^(-2+n)/f/(3+2*m)

________________________________________________________________________________________

Rubi [A]  time = 0.30, antiderivative size = 114, normalized size of antiderivative = 1.00, number of steps used = 5, number of rules used = 5, integrand size = 34, \(\frac {\text {number of rules}}{\text {integrand size}}\) = 0.147, Rules used = {2841, 2745, 2689, 70, 69} \[ \frac {c^2 2^{n+\frac {3}{2}} \cos ^3(e+f x) (1-\sin (e+f x))^{\frac {1}{2}-n} (a \sin (e+f x)+a)^m (c-c \sin (e+f x))^{n-2} \, _2F_1\left (\frac {1}{2} (2 m+3),\frac {1}{2} (-2 n-1);\frac {1}{2} (2 m+5);\frac {1}{2} (\sin (e+f x)+1)\right )}{f (2 m+3)} \]

Antiderivative was successfully verified.

[In]

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

[Out]

(2^(3/2 + n)*c^2*Cos[e + f*x]^3*Hypergeometric2F1[(3 + 2*m)/2, (-1 - 2*n)/2, (5 + 2*m)/2, (1 + Sin[e + f*x])/2
]*(1 - Sin[e + f*x])^(1/2 - n)*(a + a*Sin[e + f*x])^m*(c - c*Sin[e + f*x])^(-2 + n))/(f*(3 + 2*m))

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]))

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 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 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 2841

Int[cos[(e_.) + (f_.)*(x_)]^(p_)*((a_) + (b_.)*sin[(e_.) + (f_.)*(x_)])^(m_.)*((c_) + (d_.)*sin[(e_.) + (f_.)*
(x_)])^(n_.), x_Symbol] :> Dist[1/(a^(p/2)*c^(p/2)), Int[(a + b*Sin[e + f*x])^(m + p/2)*(c + d*Sin[e + f*x])^(
n + p/2), x], x] /; FreeQ[{a, b, c, d, e, f, n, p}, x] && EqQ[b*c + a*d, 0] && EqQ[a^2 - b^2, 0] && IntegerQ[p
/2]

Rubi steps

\begin {align*} \int \cos ^2(e+f x) (a+a \sin (e+f x))^m (c-c \sin (e+f x))^n \, dx &=\frac {\int (a+a \sin (e+f x))^{1+m} (c-c \sin (e+f x))^{1+n} \, dx}{a c}\\ &=\left (\cos ^{-2 m}(e+f x) (a+a \sin (e+f x))^m (c-c \sin (e+f x))^m\right ) \int \cos ^{2 (1+m)}(e+f x) (c-c \sin (e+f x))^{-m+n} \, dx\\ &=\frac {\left (c^2 \cos ^{1-2 m+2 (1+m)}(e+f x) (a+a \sin (e+f x))^m (c-c \sin (e+f x))^{m+\frac {1}{2} (-1-2 (1+m))} (c+c \sin (e+f x))^{\frac {1}{2} (-1-2 (1+m))}\right ) \operatorname {Subst}\left (\int (c-c x)^{-m+\frac {1}{2} (-1+2 (1+m))+n} (c+c x)^{\frac {1}{2} (-1+2 (1+m))} \, dx,x,\sin (e+f x)\right )}{f}\\ &=\frac {\left (2^{\frac {1}{2}+n} c^3 \cos ^{1-2 m+2 (1+m)}(e+f x) (a+a \sin (e+f x))^m (c-c \sin (e+f x))^{-\frac {1}{2}+m+\frac {1}{2} (-1-2 (1+m))+n} \left (\frac {c-c \sin (e+f x)}{c}\right )^{\frac {1}{2}-n} (c+c \sin (e+f x))^{\frac {1}{2} (-1-2 (1+m))}\right ) \operatorname {Subst}\left (\int \left (\frac {1}{2}-\frac {x}{2}\right )^{-m+\frac {1}{2} (-1+2 (1+m))+n} (c+c x)^{\frac {1}{2} (-1+2 (1+m))} \, dx,x,\sin (e+f x)\right )}{f}\\ &=\frac {2^{\frac {3}{2}+n} c^2 \cos ^3(e+f x) \, _2F_1\left (\frac {1}{2} (3+2 m),\frac {1}{2} (-1-2 n);\frac {1}{2} (5+2 m);\frac {1}{2} (1+\sin (e+f x))\right ) (1-\sin (e+f x))^{\frac {1}{2}-n} (a+a \sin (e+f x))^m (c-c \sin (e+f x))^{-2+n}}{f (3+2 m)}\\ \end {align*}

________________________________________________________________________________________

Mathematica [C]  time = 14.26, size = 3426, normalized size = 30.05 \[ \text {Result too large to show} \]

Warning: Unable to verify antiderivative.

[In]

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

[Out]

(-64*(AppellF1[1/2 + n, -2*m, 2*(1 + m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]
 + 8*AppellF1[1/2 + n, -2*m, 2*(2 + m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]
- 5*AppellF1[1/2 + n, -2*m, 3 + 2*(m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] -
 4*AppellF1[1/2 + n, -2*m, 5 + 2*(m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*C
os[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^(2 + 2*m)*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*(m + n))*Sin[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^(2 + 2*n)*
(a + a*Sin[e + f*x])^m*(c - c*Sin[e + f*x])^n*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/(f*(1 + 2*n)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x
)/4]^2)^(2*m)*((16*m*(AppellF1[1/2 + n, -2*m, 2*(1 + m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + P
i/2 - f*x)/4]^2] + 8*AppellF1[1/2 + n, -2*m, 2*(2 + m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi
/2 - f*x)/4]^2] - 5*AppellF1[1/2 + n, -2*m, 3 + 2*(m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/
2 - f*x)/4]^2] - 4*AppellF1[1/2 + n, -2*m, 5 + 2*(m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2
 - f*x)/4]^2])*Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^(2*m)*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(1 + 2*(m + n))*Sin[(-e + Pi/2 - f*
x)/2]^(2*n)*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(-1 - 2*m))/(1 + 2*n) + (4*(AppellF1[1
/2 + n, -2*m, 2*(1 + m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + 8*AppellF1[1/
2 + n, -2*m, 2*(2 + m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 5*AppellF1[1/2
 + n, -2*m, 3 + 2*(m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*AppellF1[1/2
+ n, -2*m, 5 + 2*(m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Cos[(-e + Pi/2 -
f*x)/2]^(2*m)*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(1 + 2*(m + n))*Sin[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^(2*n))/((1 + 2*n)*(1 - Tan
[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)) + (16*n*(AppellF1[1/2 + n, -2*m, 2*(1 + m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)
/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + 8*AppellF1[1/2 + n, -2*m, 2*(2 + m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/
4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 5*AppellF1[1/2 + n, -2*m, 3 + 2*(m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4
]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*AppellF1[1/2 + n, -2*m, 5 + 2*(m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]
^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^(1 + 2*m)*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*(m + n))*
Sin[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^(-1 + 2*n)*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/((1 + 2*n)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m
)) - (16*m*(AppellF1[1/2 + n, -2*m, 2*(1 + m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)
/4]^2] + 8*AppellF1[1/2 + n, -2*m, 2*(2 + m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/
4]^2] - 5*AppellF1[1/2 + n, -2*m, 3 + 2*(m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4
]^2] - 4*AppellF1[1/2 + n, -2*m, 5 + 2*(m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]
^2])*Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^(-1 + 2*m)*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*(m + n))*Sin[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^(1
+ 2*n)*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/((1 + 2*n)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)) + (16*(m + n)*(AppellF1[1/
2 + n, -2*m, 2*(1 + m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + 8*AppellF1[1/2
 + n, -2*m, 2*(2 + m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 5*AppellF1[1/2
+ n, -2*m, 3 + 2*(m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*AppellF1[1/2 +
 n, -2*m, 5 + 2*(m + n), 3/2 + n, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Cos[(-e + Pi/2 - f
*x)/2]^(2*m)*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*(m + n))*Sin[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^(2*n)*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^
2)/((1 + 2*n)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)) + (16*Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^(2*m)*(Sec[(-e + Pi/2 - f
*x)/4]^2)^(2*(m + n))*Sin[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^(2*n)*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]*(-((m*(1/2 + n)*AppellF1[3/2 + n
, 1 - 2*m, 2*(1 + m + n), 5/2 + n, 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])/(3/2 + n)) - ((1/2 + n)*(1 + m + n)*AppellF1[3/2 + n, -2*m, 1 + 2*(1 + m +
n), 5/2 + n, 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])/(3/2 + n) - 5*(-((m*(1/2 + n)*AppellF1[3/2 + n, 1 - 2*m, 3 + 2*(m + n), 5/2 + n, 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])/(3/2 + n)) - ((1
/2 + n)*(3 + 2*(m + n))*AppellF1[3/2 + n, -2*m, 4 + 2*(m + n), 5/2 + n, 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*(3/2 + n))) - 4*(-((m*(1/2 + n)*App
ellF1[3/2 + n, 1 - 2*m, 5 + 2*(m + n), 5/2 + n, 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])/(3/2 + n)) - ((1/2 + n)*(5 + 2*(m + n))*AppellF1[3/2 + n, -2*m
, 6 + 2*(m + n), 5/2 + n, 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*(3/2 + n))) + 8*(-((m*(1/2 + n)*AppellF1[3/2 + n, 1 - 2*m, 2*(2 + m + n), 5/2 + n
, 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]
)/(3/2 + n)) - ((1/2 + n)*(2 + m + n)*AppellF1[3/2 + n, -2*m, 1 + 2*(2 + m + n), 5/2 + n, 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])/(3/2 + n))))/((1 + 2
*n)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))))

________________________________________________________________________________________

fricas [F]  time = 0.50, size = 0, normalized size = 0.00 \[ {\rm integral}\left ({\left (a \sin \left (f x + e\right ) + a\right )}^{m} {\left (-c \sin \left (f x + e\right ) + c\right )}^{n} \cos \left (f x + e\right )^{2}, x\right ) \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(cos(f*x+e)^2*(a+a*sin(f*x+e))^m*(c-c*sin(f*x+e))^n,x, algorithm="fricas")

[Out]

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

________________________________________________________________________________________

giac [F]  time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \[ \int {\left (a \sin \left (f x + e\right ) + a\right )}^{m} {\left (-c \sin \left (f x + e\right ) + c\right )}^{n} \cos \left (f x + e\right )^{2}\,{d x} \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(cos(f*x+e)^2*(a+a*sin(f*x+e))^m*(c-c*sin(f*x+e))^n,x, algorithm="giac")

[Out]

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

________________________________________________________________________________________

maple [F]  time = 4.20, size = 0, normalized size = 0.00 \[ \int \left (\cos ^{2}\left (f x +e \right )\right ) \left (a +a \sin \left (f x +e \right )\right )^{m} \left (c -c \sin \left (f x +e \right )\right )^{n}\, dx \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int(cos(f*x+e)^2*(a+a*sin(f*x+e))^m*(c-c*sin(f*x+e))^n,x)

[Out]

int(cos(f*x+e)^2*(a+a*sin(f*x+e))^m*(c-c*sin(f*x+e))^n,x)

________________________________________________________________________________________

maxima [F]  time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \[ \int {\left (a \sin \left (f x + e\right ) + a\right )}^{m} {\left (-c \sin \left (f x + e\right ) + c\right )}^{n} \cos \left (f x + e\right )^{2}\,{d x} \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(cos(f*x+e)^2*(a+a*sin(f*x+e))^m*(c-c*sin(f*x+e))^n,x, algorithm="maxima")

[Out]

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

________________________________________________________________________________________

mupad [F]  time = 0.00, size = -1, normalized size = -0.01 \[ \int {\cos \left (e+f\,x\right )}^2\,{\left (a+a\,\sin \left (e+f\,x\right )\right )}^m\,{\left (c-c\,\sin \left (e+f\,x\right )\right )}^n \,d x \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int(cos(e + f*x)^2*(a + a*sin(e + f*x))^m*(c - c*sin(e + f*x))^n,x)

[Out]

int(cos(e + f*x)^2*(a + a*sin(e + f*x))^m*(c - c*sin(e + f*x))^n, x)

________________________________________________________________________________________

sympy [F(-1)]  time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \[ \text {Timed out} \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(cos(f*x+e)**2*(a+a*sin(f*x+e))**m*(c-c*sin(f*x+e))**n,x)

[Out]

Timed out

________________________________________________________________________________________

[next] [prev] [prev-tail] [front] [up]