3.447 \(\int (a+b \sec ^2(e+f x))^p \tan ^4(e+f x) \, dx\)

Optimal. Leaf size=88 \[ \frac {\tan ^5(e+f x) \left (a+b \tan ^2(e+f x)+b\right )^p \left (\frac {b \tan ^2(e+f x)}{a+b}+1\right )^{-p} F_1\left (\frac {5}{2};1,-p;\frac {7}{2};-\tan ^2(e+f x),-\frac {b \tan ^2(e+f x)}{a+b}\right )}{5 f} \]

[Out]

1/5*AppellF1(5/2,1,-p,7/2,-tan(f*x+e)^2,-b*tan(f*x+e)^2/(a+b))*tan(f*x+e)^5*(a+b+b*tan(f*x+e)^2)^p/f/((1+b*tan
(f*x+e)^2/(a+b))^p)

________________________________________________________________________________________

Rubi [A]  time = 0.15, antiderivative size = 88, normalized size of antiderivative = 1.00, number of steps used = 4, number of rules used = 4, integrand size = 23, \(\frac {\text {number of rules}}{\text {integrand size}}\) = 0.174, Rules used = {4141, 1975, 511, 510} \[ \frac {\tan ^5(e+f x) \left (a+b \tan ^2(e+f x)+b\right )^p \left (\frac {b \tan ^2(e+f x)}{a+b}+1\right )^{-p} F_1\left (\frac {5}{2};1,-p;\frac {7}{2};-\tan ^2(e+f x),-\frac {b \tan ^2(e+f x)}{a+b}\right )}{5 f} \]

Antiderivative was successfully verified.

[In]

Int[(a + b*Sec[e + f*x]^2)^p*Tan[e + f*x]^4,x]

[Out]

(AppellF1[5/2, 1, -p, 7/2, -Tan[e + f*x]^2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))]*Tan[e + f*x]^5*(a + b + b*Tan[e + f
*x]^2)^p)/(5*f*(1 + (b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))^p)

Rule 510

Int[((e_.)*(x_))^(m_.)*((a_) + (b_.)*(x_)^(n_))^(p_)*((c_) + (d_.)*(x_)^(n_))^(q_), x_Symbol] :> Simp[(a^p*c^q
*(e*x)^(m + 1)*AppellF1[(m + 1)/n, -p, -q, 1 + (m + 1)/n, -((b*x^n)/a), -((d*x^n)/c)])/(e*(m + 1)), x] /; Free
Q[{a, b, c, d, e, m, n, p, q}, x] && NeQ[b*c - a*d, 0] && NeQ[m, -1] && NeQ[m, n - 1] && (IntegerQ[p] || GtQ[a
, 0]) && (IntegerQ[q] || GtQ[c, 0])

Rule 511

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

Rule 1975

Int[(u_)^(p_.)*(v_)^(q_.)*((e_.)*(x_))^(m_.), x_Symbol] :> Int[(e*x)^m*ExpandToSum[u, x]^p*ExpandToSum[v, x]^q
, x] /; FreeQ[{e, m, p, q}, x] && BinomialQ[{u, v}, x] && EqQ[BinomialDegree[u, x] - BinomialDegree[v, x], 0]
&&  !BinomialMatchQ[{u, v}, x]

Rule 4141

Int[((a_) + (b_.)*sec[(e_.) + (f_.)*(x_)]^(n_))^(p_.)*((d_.)*tan[(e_.) + (f_.)*(x_)])^(m_), x_Symbol] :> With[
{ff = FreeFactors[Tan[e + f*x], x]}, Dist[ff/f, Subst[Int[((d*ff*x)^m*(a + b*(1 + ff^2*x^2)^(n/2))^p)/(1 + ff^
2*x^2), x], x, Tan[e + f*x]/ff], x]] /; FreeQ[{a, b, d, e, f, m, p}, x] && IntegerQ[n/2] && (IntegerQ[m/2] ||
EqQ[n, 2])

Rubi steps

\begin {align*} \int \left (a+b \sec ^2(e+f x)\right )^p \tan ^4(e+f x) \, dx &=\frac {\operatorname {Subst}\left (\int \frac {x^4 \left (a+b \left (1+x^2\right )\right )^p}{1+x^2} \, dx,x,\tan (e+f x)\right )}{f}\\ &=\frac {\operatorname {Subst}\left (\int \frac {x^4 \left (a+b+b x^2\right )^p}{1+x^2} \, dx,x,\tan (e+f x)\right )}{f}\\ &=\frac {\left (\left (a+b+b \tan ^2(e+f x)\right )^p \left (1+\frac {b \tan ^2(e+f x)}{a+b}\right )^{-p}\right ) \operatorname {Subst}\left (\int \frac {x^4 \left (1+\frac {b x^2}{a+b}\right )^p}{1+x^2} \, dx,x,\tan (e+f x)\right )}{f}\\ &=\frac {F_1\left (\frac {5}{2};1,-p;\frac {7}{2};-\tan ^2(e+f x),-\frac {b \tan ^2(e+f x)}{a+b}\right ) \tan ^5(e+f x) \left (a+b+b \tan ^2(e+f x)\right )^p \left (1+\frac {b \tan ^2(e+f x)}{a+b}\right )^{-p}}{5 f}\\ \end {align*}

________________________________________________________________________________________

Mathematica [B]  time = 18.15, size = 2777, normalized size = 31.56 \[ \text {Result too large to show} \]

Warning: Unable to verify antiderivative.

[In]

Integrate[(a + b*Sec[e + f*x]^2)^p*Tan[e + f*x]^4,x]

[Out]

((a + 2*b + a*Cos[2*(e + f*x)])^p*(Sec[e + f*x]^2)^p*(a + b*Sec[e + f*x]^2)^p*Tan[e + f*x]^5*((9*(a + b)*Appel
lF1[1/2, -p, 1, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2]*Cos[e + f*x]^2)/(3*(a + b)*AppellF1[1/2,
-p, 1, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2] + 2*(b*p*AppellF1[3/2, 1 - p, 1, 5/2, -((b*Tan[e +
 f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2] - (a + b)*AppellF1[3/2, -p, 2, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e
+ f*x]^2])*Tan[e + f*x]^2) + (-3*Hypergeometric2F1[1/2, -p, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))] + Hypergeometr
ic2F1[3/2, -p, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))]*Tan[e + f*x]^2)/(1 + (b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))^p))/(3*f*(
((a + 2*b + a*Cos[2*(e + f*x)])^p*(Sec[e + f*x]^2)^(1 + p)*((9*(a + b)*AppellF1[1/2, -p, 1, 3/2, -((b*Tan[e +
f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2]*Cos[e + f*x]^2)/(3*(a + b)*AppellF1[1/2, -p, 1, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(
a + b)), -Tan[e + f*x]^2] + 2*(b*p*AppellF1[3/2, 1 - p, 1, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2
] - (a + b)*AppellF1[3/2, -p, 2, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2])*Tan[e + f*x]^2) + (-3*H
ypergeometric2F1[1/2, -p, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))] + Hypergeometric2F1[3/2, -p, 5/2, -((b*Tan[e + f
*x]^2)/(a + b))]*Tan[e + f*x]^2)/(1 + (b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))^p))/3 - (2*a*p*(a + 2*b + a*Cos[2*(e + f*x)]
)^(-1 + p)*(Sec[e + f*x]^2)^p*Sin[2*(e + f*x)]*Tan[e + f*x]*((9*(a + b)*AppellF1[1/2, -p, 1, 3/2, -((b*Tan[e +
 f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2]*Cos[e + f*x]^2)/(3*(a + b)*AppellF1[1/2, -p, 1, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/
(a + b)), -Tan[e + f*x]^2] + 2*(b*p*AppellF1[3/2, 1 - p, 1, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^
2] - (a + b)*AppellF1[3/2, -p, 2, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2])*Tan[e + f*x]^2) + (-3*
Hypergeometric2F1[1/2, -p, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))] + Hypergeometric2F1[3/2, -p, 5/2, -((b*Tan[e +
f*x]^2)/(a + b))]*Tan[e + f*x]^2)/(1 + (b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))^p))/3 + (2*p*(a + 2*b + a*Cos[2*(e + f*x)])
^p*(Sec[e + f*x]^2)^p*Tan[e + f*x]^2*((9*(a + b)*AppellF1[1/2, -p, 1, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan
[e + f*x]^2]*Cos[e + f*x]^2)/(3*(a + b)*AppellF1[1/2, -p, 1, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]
^2] + 2*(b*p*AppellF1[3/2, 1 - p, 1, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2] - (a + b)*AppellF1[3
/2, -p, 2, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2])*Tan[e + f*x]^2) + (-3*Hypergeometric2F1[1/2,
-p, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))] + Hypergeometric2F1[3/2, -p, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))]*Tan[e
 + f*x]^2)/(1 + (b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))^p))/3 + ((a + 2*b + a*Cos[2*(e + f*x)])^p*(Sec[e + f*x]^2)^p*Tan[e
 + f*x]*((-18*(a + b)*AppellF1[1/2, -p, 1, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2]*Cos[e + f*x]*S
in[e + f*x])/(3*(a + b)*AppellF1[1/2, -p, 1, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2] + 2*(b*p*App
ellF1[3/2, 1 - p, 1, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2] - (a + b)*AppellF1[3/2, -p, 2, 5/2,
-((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2])*Tan[e + f*x]^2) + (9*(a + b)*Cos[e + f*x]^2*((2*b*p*AppellF1[
3/2, 1 - p, 1, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2]*Sec[e + f*x]^2*Tan[e + f*x])/(3*(a + b)) -
 (2*AppellF1[3/2, -p, 2, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2]*Sec[e + f*x]^2*Tan[e + f*x])/3))
/(3*(a + b)*AppellF1[1/2, -p, 1, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2] + 2*(b*p*AppellF1[3/2, 1
 - p, 1, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2] - (a + b)*AppellF1[3/2, -p, 2, 5/2, -((b*Tan[e +
 f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2])*Tan[e + f*x]^2) - (2*b*p*Sec[e + f*x]^2*Tan[e + f*x]*(1 + (b*Tan[e + f*x]
^2)/(a + b))^(-1 - p)*(-3*Hypergeometric2F1[1/2, -p, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))] + Hypergeometric2F1[3
/2, -p, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))]*Tan[e + f*x]^2))/(a + b) - (9*(a + b)*AppellF1[1/2, -p, 1, 3/2, -(
(b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2]*Cos[e + f*x]^2*(4*(b*p*AppellF1[3/2, 1 - p, 1, 5/2, -((b*Tan[e +
 f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2] - (a + b)*AppellF1[3/2, -p, 2, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e
+ f*x]^2])*Sec[e + f*x]^2*Tan[e + f*x] + 3*(a + b)*((2*b*p*AppellF1[3/2, 1 - p, 1, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(
a + b)), -Tan[e + f*x]^2]*Sec[e + f*x]^2*Tan[e + f*x])/(3*(a + b)) - (2*AppellF1[3/2, -p, 2, 5/2, -((b*Tan[e +
 f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2]*Sec[e + f*x]^2*Tan[e + f*x])/3) + 2*Tan[e + f*x]^2*(b*p*((-6*AppellF1[5/2,
 1 - p, 2, 7/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2]*Sec[e + f*x]^2*Tan[e + f*x])/5 - (6*b*(1 - p)*
AppellF1[5/2, 2 - p, 1, 7/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2]*Sec[e + f*x]^2*Tan[e + f*x])/(5*(
a + b))) - (a + b)*((6*b*p*AppellF1[5/2, 1 - p, 2, 7/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2]*Sec[e
+ f*x]^2*Tan[e + f*x])/(5*(a + b)) - (12*AppellF1[5/2, -p, 3, 7/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x
]^2]*Sec[e + f*x]^2*Tan[e + f*x])/5))))/(3*(a + b)*AppellF1[1/2, -p, 1, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -T
an[e + f*x]^2] + 2*(b*p*AppellF1[3/2, 1 - p, 1, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2] - (a + b)
*AppellF1[3/2, -p, 2, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b)), -Tan[e + f*x]^2])*Tan[e + f*x]^2)^2 + (2*Hypergeomet
ric2F1[3/2, -p, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))]*Sec[e + f*x]^2*Tan[e + f*x] - 3*Csc[e + f*x]*Sec[e + f*x]*
(-Hypergeometric2F1[1/2, -p, 3/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))] + (1 + (b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))^p) + 3*Sec
[e + f*x]^2*Tan[e + f*x]*(-Hypergeometric2F1[3/2, -p, 5/2, -((b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))] + (1 + (b*Tan[e + f*
x]^2)/(a + b))^p))/(1 + (b*Tan[e + f*x]^2)/(a + b))^p))/3))

________________________________________________________________________________________

fricas [F]  time = 0.59, size = 0, normalized size = 0.00 \[ {\rm integral}\left ({\left (b \sec \left (f x + e\right )^{2} + a\right )}^{p} \tan \left (f x + e\right )^{4}, x\right ) \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate((a+b*sec(f*x+e)^2)^p*tan(f*x+e)^4,x, algorithm="fricas")

[Out]

integral((b*sec(f*x + e)^2 + a)^p*tan(f*x + e)^4, x)

________________________________________________________________________________________

giac [F]  time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \[ \int {\left (b \sec \left (f x + e\right )^{2} + a\right )}^{p} \tan \left (f x + e\right )^{4}\,{d x} \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate((a+b*sec(f*x+e)^2)^p*tan(f*x+e)^4,x, algorithm="giac")

[Out]

integrate((b*sec(f*x + e)^2 + a)^p*tan(f*x + e)^4, x)

________________________________________________________________________________________

maple [F]  time = 1.60, size = 0, normalized size = 0.00 \[ \int \left (a +b \left (\sec ^{2}\left (f x +e \right )\right )\right )^{p} \left (\tan ^{4}\left (f x +e \right )\right )\, dx \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int((a+b*sec(f*x+e)^2)^p*tan(f*x+e)^4,x)

[Out]

int((a+b*sec(f*x+e)^2)^p*tan(f*x+e)^4,x)

________________________________________________________________________________________

maxima [F]  time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \[ \int {\left (b \sec \left (f x + e\right )^{2} + a\right )}^{p} \tan \left (f x + e\right )^{4}\,{d x} \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate((a+b*sec(f*x+e)^2)^p*tan(f*x+e)^4,x, algorithm="maxima")

[Out]

integrate((b*sec(f*x + e)^2 + a)^p*tan(f*x + e)^4, x)

________________________________________________________________________________________

mupad [F]  time = 0.00, size = -1, normalized size = -0.01 \[ \int {\mathrm {tan}\left (e+f\,x\right )}^4\,{\left (a+\frac {b}{{\cos \left (e+f\,x\right )}^2}\right )}^p \,d x \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int(tan(e + f*x)^4*(a + b/cos(e + f*x)^2)^p,x)

[Out]

int(tan(e + f*x)^4*(a + b/cos(e + f*x)^2)^p, 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((a+b*sec(f*x+e)**2)**p*tan(f*x+e)**4,x)

[Out]

Timed out

________________________________________________________________________________________