3.4.15 \(\int \frac {(-\sec (e+f x))^n}{(a+a \sec (e+f x))^{3/2}} \, dx\) [315]

Optimal. Leaf size=78 \[ -\frac {F_1\left (n;\frac {1}{2},2;1+n;\sec (e+f x),-\sec (e+f x)\right ) (-\sec (e+f x))^n \tan (e+f x)}{a f n \sqrt {1-\sec (e+f x)} \sqrt {a+a \sec (e+f x)}} \]

[Out]

-AppellF1(n,2,1/2,1+n,-sec(f*x+e),sec(f*x+e))*(-sec(f*x+e))^n*tan(f*x+e)/a/f/n/(1-sec(f*x+e))^(1/2)/(a+a*sec(f
*x+e))^(1/2)

________________________________________________________________________________________

Rubi [A]
time = 0.10, antiderivative size = 78, normalized size of antiderivative = 1.00, number of steps used = 3, number of rules used = 3, integrand size = 25, \(\frac {\text {number of rules}}{\text {integrand size}}\) = 0.120, Rules used = {3913, 3911, 141} \begin {gather*} -\frac {\tan (e+f x) (-\sec (e+f x))^n F_1\left (n;\frac {1}{2},2;n+1;\sec (e+f x),-\sec (e+f x)\right )}{a f n \sqrt {1-\sec (e+f x)} \sqrt {a \sec (e+f x)+a}} \end {gather*}

Antiderivative was successfully verified.

[In]

Int[(-Sec[e + f*x])^n/(a + a*Sec[e + f*x])^(3/2),x]

[Out]

-((AppellF1[n, 1/2, 2, 1 + n, Sec[e + f*x], -Sec[e + f*x]]*(-Sec[e + f*x])^n*Tan[e + f*x])/(a*f*n*Sqrt[1 - Sec
[e + f*x]]*Sqrt[a + a*Sec[e + f*x]]))

Rule 141

Int[((a_) + (b_.)*(x_))^(m_)*((c_.) + (d_.)*(x_))^(n_)*((e_.) + (f_.)*(x_))^(p_), x_Symbol] :> Simp[(b*e - a*f
)^p*((a + b*x)^(m + 1)/(b^(p + 1)*(m + 1)*(b/(b*c - a*d))^n))*AppellF1[m + 1, -n, -p, m + 2, (-d)*((a + b*x)/(
b*c - a*d)), (-f)*((a + b*x)/(b*e - a*f))], x] /; FreeQ[{a, b, c, d, e, f, m, n}, x] &&  !IntegerQ[m] &&  !Int
egerQ[n] && IntegerQ[p] && GtQ[b/(b*c - a*d), 0] &&  !(GtQ[d/(d*a - c*b), 0] && SimplerQ[c + d*x, a + b*x])

Rule 3911

Int[(csc[(e_.) + (f_.)*(x_)]*(d_.))^(n_)*(csc[(e_.) + (f_.)*(x_)]*(b_.) + (a_))^(m_), x_Symbol] :> Dist[(-((-a
)*(d/b))^n)*(Cot[e + f*x]/(a^(n - 1)*f*Sqrt[a + b*Csc[e + f*x]]*Sqrt[a - b*Csc[e + f*x]])), Subst[Int[x^(m - 1
/2)*((a - x)^(n - 1)/Sqrt[2*a - x]), x], x, a + b*Csc[e + f*x]], x] /; FreeQ[{a, b, d, e, f, m, n}, x] && EqQ[
a^2 - b^2, 0] &&  !IntegerQ[m] && GtQ[a, 0] &&  !IntegerQ[n] && LtQ[a*(d/b), 0]

Rule 3913

Int[(csc[(e_.) + (f_.)*(x_)]*(d_.))^(n_.)*(csc[(e_.) + (f_.)*(x_)]*(b_.) + (a_))^(m_), x_Symbol] :> Dist[a^Int
Part[m]*((a + b*Csc[e + f*x])^FracPart[m]/(1 + (b/a)*Csc[e + f*x])^FracPart[m]), Int[(1 + (b/a)*Csc[e + f*x])^
m*(d*Csc[e + f*x])^n, x], x] /; FreeQ[{a, b, d, e, f, m, n}, x] && EqQ[a^2 - b^2, 0] &&  !IntegerQ[m] &&  !GtQ
[a, 0]

Rubi steps

\begin {align*} \int \frac {(-\sec (e+f x))^n}{(a+a \sec (e+f x))^{3/2}} \, dx &=\frac {\sqrt {1+\sec (e+f x)} \int \frac {(-\sec (e+f x))^n}{(1+\sec (e+f x))^{3/2}} \, dx}{a \sqrt {a+a \sec (e+f x)}}\\ &=\frac {\tan (e+f x) \text {Subst}\left (\int \frac {(1-x)^{-1+n}}{\sqrt {2-x} x^2} \, dx,x,1+\sec (e+f x)\right )}{a f \sqrt {1-\sec (e+f x)} \sqrt {a+a \sec (e+f x)}}\\ &=-\frac {F_1\left (n;\frac {1}{2},2;1+n;\sec (e+f x),-\sec (e+f x)\right ) (-\sec (e+f x))^n \tan (e+f x)}{a f n \sqrt {1-\sec (e+f x)} \sqrt {a+a \sec (e+f x)}}\\ \end {align*}

________________________________________________________________________________________

Mathematica [B] Leaf count is larger than twice the leaf count of optimal. \(3005\) vs. \(2(78)=156\).
time = 6.22, size = 3005, normalized size = 38.53 \begin {gather*} \text {Result too large to show} \end {gather*}

Warning: Unable to verify antiderivative.

[In]

Integrate[(-Sec[e + f*x])^n/(a + a*Sec[e + f*x])^(3/2),x]

[Out]

(6*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*(Sec[(e + f*x)/2]^2)^n*(-Sec[e
 + f*x])^n*Sec[e + f*x]^(1/2 - n + (-3 + 2*n)/2)*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^(3/2 + n)*Tan[(e + f*x)/2]*
(-1 + Tan[(e + f*x)/2]^2)^2)/(f*(a*(1 + Sec[e + f*x]))^(3/2)*(3*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f
*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (2*(-1 + n)*AppellF1[3/2, -3/2 + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e +
 f*x)/2]^2] + (-3 + 2*n)*AppellF1[3/2, -1/2 + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e
+ f*x)/2]^2)*((12*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Cos[e + f*x]*(S
ec[(e + f*x)/2]^2)^(1 + n)*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^(3/2 + n)*Tan[(e + f*x)/2]^2*(-1 + Tan[(e + f*x)/
2]^2))/(3*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (2*(-1 + n)*AppellF1[
3/2, -3/2 + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (-3 + 2*n)*AppellF1[3/2, -1/2 + n, 1 - n
, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2) + (3*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2,
Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Cos[e + f*x]*(Sec[(e + f*x)/2]^2)^(1 + n)*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e +
 f*x])^(3/2 + n)*(-1 + Tan[(e + f*x)/2]^2)^2)/(3*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[
(e + f*x)/2]^2] + (2*(-1 + n)*AppellF1[3/2, -3/2 + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (
-3 + 2*n)*AppellF1[3/2, -1/2 + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2) -
(6*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*(Sec[(e + f*x)/2]^2)^n*(Cos[(e
 + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^(3/2 + n)*Sin[e + f*x]*Tan[(e + f*x)/2]*(-1 + Tan[(e + f*x)/2]^2)^2)/(3*AppellF1[1/
2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (2*(-1 + n)*AppellF1[3/2, -3/2 + n, 2 - n,
 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (-3 + 2*n)*AppellF1[3/2, -1/2 + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/
2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2) + (6*n*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2,
 -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Cos[e + f*x]*(Sec[(e + f*x)/2]^2)^n*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^(3/2 + n)*Tan[(e +
 f*x)/2]^2*(-1 + Tan[(e + f*x)/2]^2)^2)/(3*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f
*x)/2]^2] + (2*(-1 + n)*AppellF1[3/2, -3/2 + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (-3 + 2
*n)*AppellF1[3/2, -1/2 + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2) + (6*Cos
[e + f*x]*(Sec[(e + f*x)/2]^2)^n*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^(3/2 + n)*Tan[(e + f*x)/2]*(-1/3*((1 - n)*A
ppellF1[3/2, -3/2 + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sec[(e + f*x)/2]^2*Tan[(e + f*x)/2
]) + ((-3/2 + n)*AppellF1[3/2, -1/2 + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sec[(e + f*x)/2]
^2*Tan[(e + f*x)/2])/3)*(-1 + Tan[(e + f*x)/2]^2)^2)/(3*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2
, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (2*(-1 + n)*AppellF1[3/2, -3/2 + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]
^2] + (-3 + 2*n)*AppellF1[3/2, -1/2 + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2
]^2) - (6*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Cos[e + f*x]*(Sec[(e +
f*x)/2]^2)^n*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^(3/2 + n)*Tan[(e + f*x)/2]*(-1 + Tan[(e + f*x)/2]^2)^2*((2*(-1
+ n)*AppellF1[3/2, -3/2 + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (-3 + 2*n)*AppellF1[3/2, -
1/2 + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Sec[(e + f*x)/2]^2*Tan[(e + f*x)/2] + 3*(-1/3*(
(1 - n)*AppellF1[3/2, -3/2 + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sec[(e + f*x)/2]^2*Tan[(e
 + f*x)/2]) + ((-3/2 + n)*AppellF1[3/2, -1/2 + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sec[(e
+ f*x)/2]^2*Tan[(e + f*x)/2])/3) + Tan[(e + f*x)/2]^2*(2*(-1 + n)*((-3*(2 - n)*AppellF1[5/2, -3/2 + n, 3 - n,
7/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sec[(e + f*x)/2]^2*Tan[(e + f*x)/2])/5 + (3*(-3/2 + n)*AppellF1[
5/2, -1/2 + n, 2 - n, 7/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sec[(e + f*x)/2]^2*Tan[(e + f*x)/2])/5) +
(-3 + 2*n)*((-3*(1 - n)*AppellF1[5/2, -1/2 + n, 2 - n, 7/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sec[(e +
f*x)/2]^2*Tan[(e + f*x)/2])/5 + (3*(-1/2 + n)*AppellF1[5/2, 1/2 + n, 1 - n, 7/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e +
 f*x)/2]^2]*Sec[(e + f*x)/2]^2*Tan[(e + f*x)/2])/5))))/(3*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]
^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (2*(-1 + n)*AppellF1[3/2, -3/2 + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/
2]^2] + (-3 + 2*n)*AppellF1[3/2, -1/2 + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)
/2]^2)^2 + (6*(3/2 + n)*AppellF1[1/2, -3/2 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Cos[e + f
*x]*(Sec[(e + f*x)/2]^2)^n*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^(1/2 + n)*Tan[(e + f*x)/2]*(-1 + Tan[(e + f*x)/2]
^2)^2*(-(Cos[(e + f*x)/2]*Sec[e + f*x]*Sin[(e +...

________________________________________________________________________________________

Maple [F]
time = 0.07, size = 0, normalized size = 0.00 \[\int \frac {\left (-\sec \left (f x +e \right )\right )^{n}}{\left (a +a \sec \left (f x +e \right )\right )^{\frac {3}{2}}}\, dx\]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int((-sec(f*x+e))^n/(a+a*sec(f*x+e))^(3/2),x)

[Out]

int((-sec(f*x+e))^n/(a+a*sec(f*x+e))^(3/2),x)

________________________________________________________________________________________

Maxima [F]
time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \begin {gather*} \text {Failed to integrate} \end {gather*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate((-sec(f*x+e))^n/(a+a*sec(f*x+e))^(3/2),x, algorithm="maxima")

[Out]

integrate((-sec(f*x + e))^n/(a*sec(f*x + e) + a)^(3/2), x)

________________________________________________________________________________________

Fricas [F]
time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \begin {gather*} \text {could not integrate} \end {gather*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate((-sec(f*x+e))^n/(a+a*sec(f*x+e))^(3/2),x, algorithm="fricas")

[Out]

integral(sqrt(a*sec(f*x + e) + a)*(-sec(f*x + e))^n/(a^2*sec(f*x + e)^2 + 2*a^2*sec(f*x + e) + a^2), x)

________________________________________________________________________________________

Sympy [F]
time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \begin {gather*} \int \frac {\left (- \sec {\left (e + f x \right )}\right )^{n}}{\left (a \left (\sec {\left (e + f x \right )} + 1\right )\right )^{\frac {3}{2}}}\, dx \end {gather*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate((-sec(f*x+e))**n/(a+a*sec(f*x+e))**(3/2),x)

[Out]

Integral((-sec(e + f*x))**n/(a*(sec(e + f*x) + 1))**(3/2), x)

________________________________________________________________________________________

Giac [F]
time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \begin {gather*} \text {could not integrate} \end {gather*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate((-sec(f*x+e))^n/(a+a*sec(f*x+e))^(3/2),x, algorithm="giac")

[Out]

integrate((-sec(f*x + e))^n/(a*sec(f*x + e) + a)^(3/2), x)

________________________________________________________________________________________

Mupad [F]
time = 0.00, size = -1, normalized size = -0.01 \begin {gather*} \int \frac {{\left (-\frac {1}{\cos \left (e+f\,x\right )}\right )}^n}{{\left (a+\frac {a}{\cos \left (e+f\,x\right )}\right )}^{3/2}} \,d x \end {gather*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int((-1/cos(e + f*x))^n/(a + a/cos(e + f*x))^(3/2),x)

[Out]

int((-1/cos(e + f*x))^n/(a + a/cos(e + f*x))^(3/2), x)

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