3.4.31 \(\int \sec ^n(e+f x) (a+a \sec (e+f x))^m \, dx\) [331]

Optimal. Leaf size=88 \[ \frac {2^{\frac {1}{2}+m} F_1\left (\frac {1}{2};1-n,\frac {1}{2}-m;\frac {3}{2};1-\sec (e+f x),\frac {1}{2} (1-\sec (e+f x))\right ) (1+\sec (e+f x))^{-\frac {1}{2}-m} (a+a \sec (e+f x))^m \tan (e+f x)}{f} \]

[Out]

2^(1/2+m)*AppellF1(1/2,1-n,1/2-m,3/2,1-sec(f*x+e),1/2-1/2*sec(f*x+e))*(1+sec(f*x+e))^(-1/2-m)*(a+a*sec(f*x+e))
^m*tan(f*x+e)/f

________________________________________________________________________________________

Rubi [A]
time = 0.07, antiderivative size = 88, normalized size of antiderivative = 1.00, number of steps used = 3, number of rules used = 3, integrand size = 21, \(\frac {\text {number of rules}}{\text {integrand size}}\) = 0.143, Rules used = {3913, 3910, 138} \begin {gather*} \frac {2^{m+\frac {1}{2}} \tan (e+f x) (\sec (e+f x)+1)^{-m-\frac {1}{2}} (a \sec (e+f x)+a)^m F_1\left (\frac {1}{2};1-n,\frac {1}{2}-m;\frac {3}{2};1-\sec (e+f x),\frac {1}{2} (1-\sec (e+f x))\right )}{f} \end {gather*}

Antiderivative was successfully verified.

[In]

Int[Sec[e + f*x]^n*(a + a*Sec[e + f*x])^m,x]

[Out]

(2^(1/2 + m)*AppellF1[1/2, 1 - n, 1/2 - m, 3/2, 1 - Sec[e + f*x], (1 - Sec[e + f*x])/2]*(1 + Sec[e + f*x])^(-1
/2 - m)*(a + a*Sec[e + f*x])^m*Tan[e + f*x])/f

Rule 138

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

Rule 3910

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 - 2)*f*Sqrt[a + b*Csc[e + f*x]]*Sqrt[a - b*Csc[e + f*x]])), Subst[Int[(a - x)^(n
- 1)*((2*a - x)^(m - 1/2)/Sqrt[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] && GtQ[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 \sec ^n(e+f x) (a+a \sec (e+f x))^m \, dx &=\left ((1+\sec (e+f x))^{-m} (a+a \sec (e+f x))^m\right ) \int \sec ^n(e+f x) (1+\sec (e+f x))^m \, dx\\ &=\frac {\left ((1+\sec (e+f x))^{-\frac {1}{2}-m} (a+a \sec (e+f x))^m \tan (e+f x)\right ) \text {Subst}\left (\int \frac {(1-x)^{-1+n} (2-x)^{-\frac {1}{2}+m}}{\sqrt {x}} \, dx,x,1-\sec (e+f x)\right )}{f \sqrt {1-\sec (e+f x)}}\\ &=\frac {2^{\frac {1}{2}+m} F_1\left (\frac {1}{2};1-n,\frac {1}{2}-m;\frac {3}{2};1-\sec (e+f x),\frac {1}{2} (1-\sec (e+f x))\right ) (1+\sec (e+f x))^{-\frac {1}{2}-m} (a+a \sec (e+f x))^m \tan (e+f x)}{f}\\ \end {align*}

________________________________________________________________________________________

Mathematica [B] Leaf count is larger than twice the leaf count of optimal. \(2248\) vs. \(2(88)=176\).
time = 6.27, size = 2248, normalized size = 25.55 \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])^m,x]

[Out]

(3*2^(1 + m)*AppellF1[1/2, m + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*(Sec[(e + f*x)/2]^2)^(-
1 + n)*Sec[e + f*x]^n*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^(m + n)*(a*(1 + Sec[e + f*x]))^m*Tan[(e + f*x)/2])/(f*
(3*AppellF1[1/2, m + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + 2*((-1 + n)*AppellF1[3/2, m + n
, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (m + n)*AppellF1[3/2, 1 + m + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e +
 f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2)*((3*2^m*AppellF1[1/2, m + 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])^(m + n))/(3*AppellF1[1/2, m
 + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + 2*((-1 + n)*AppellF1[3/2, m + n, 2 - n, 5/2, Tan[
(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (m + n)*AppellF1[3/2, 1 + m + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(
e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2) + (3*2^(1 + m)*(-1 + n)*AppellF1[1/2, m + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^
2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*(Sec[(e + f*x)/2]^2)^(-1 + n)*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^(m + n)*Tan[(e + f*x)/
2]^2)/(3*AppellF1[1/2, m + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + 2*((-1 + n)*AppellF1[3/2,
 m + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (m + n)*AppellF1[3/2, 1 + m + n, 1 - n, 5/2, Ta
n[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2) + (3*2^(1 + m)*(Sec[(e + f*x)/2]^2)^(-1 + n)*(Cos[
(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^(m + n)*Tan[(e + f*x)/2]*(-1/3*((1 - n)*AppellF1[3/2, m + 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]) + ((m + n)*AppellF1[3/2, 1 + m + 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))/(3*AppellF1[1/2, m +
 n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + 2*((-1 + n)*AppellF1[3/2, m + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e
 + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (m + n)*AppellF1[3/2, 1 + m + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e
+ f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2) - (3*2^(1 + m)*AppellF1[1/2, m + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e
+ f*x)/2]^2]*(Sec[(e + f*x)/2]^2)^(-1 + n)*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^(m + n)*Tan[(e + f*x)/2]*(2*((-1
+ n)*AppellF1[3/2, m + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (m + n)*AppellF1[3/2, 1 + m +
 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, m + 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]) + ((m + n)*AppellF1[3/2, 1 + m + 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) + 2*Tan[(e + f*x)/2]^2*((-1 + n)*((-3*(2 - n)*AppellF1[5/2, m + 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*(m + n)*AppellF1[5/2, 1 + m + 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) + (m + n)*((-3*(1
 - n)*AppellF1[5/2, 1 + m + 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 + m + n)*AppellF1[5/2, 2 + m + n, 1 - n, 7/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Se
c[(e + f*x)/2]^2*Tan[(e + f*x)/2])/5))))/(3*AppellF1[1/2, m + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x
)/2]^2] + 2*((-1 + n)*AppellF1[3/2, m + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (m + n)*Appe
llF1[3/2, 1 + m + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2)^2 + (3*2^(1 + m
)*(m + n)*AppellF1[1/2, m + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*(Sec[(e + f*x)/2]^2)^(-1 +
 n)*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^(-1 + m + n)*Tan[(e + f*x)/2]*(-(Cos[(e + f*x)/2]*Sec[e + f*x]*Sin[(e +
f*x)/2]) + Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x]*Tan[e + f*x]))/(3*AppellF1[1/2, m + n, 1 - n, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]
^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + 2*((-1 + n)*AppellF1[3/2, m + n, 2 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^
2] + (m + n)*AppellF1[3/2, 1 + m + n, 1 - n, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2
)))

________________________________________________________________________________________

Maple [F]
time = 0.08, size = 0, normalized size = 0.00 \[\int \left (\sec ^{n}\left (f x +e \right )\right ) \left (a +a \sec \left (f x +e \right )\right )^{m}\, dx\]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int(sec(f*x+e)^n*(a+a*sec(f*x+e))^m,x)

[Out]

int(sec(f*x+e)^n*(a+a*sec(f*x+e))^m,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))^m,x, algorithm="maxima")

[Out]

integrate((a*sec(f*x + e) + a)^m*sec(f*x + e)^n, 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))^m,x, algorithm="fricas")

[Out]

integral((a*sec(f*x + e) + a)^m*sec(f*x + e)^n, x)

________________________________________________________________________________________

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

[Out]

Integral((a*(sec(e + f*x) + 1))**m*sec(e + f*x)**n, 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))^m,x, algorithm="giac")

[Out]

integrate((a*sec(f*x + e) + a)^m*sec(f*x + e)^n, x)

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

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int((a + a/cos(e + f*x))^m*(1/cos(e + f*x))^n,x)

[Out]

int((a + a/cos(e + f*x))^m*(1/cos(e + f*x))^n, x)

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