3.4.47 \(\int (d \sec (e+f x))^{3/2} (a+a \sec (e+f x))^m \, dx\) [347]

Optimal. Leaf size=98 \[ -\frac {2 F_1\left (\frac {3}{2};\frac {1}{2},\frac {1}{2}-m;\frac {5}{2};\sec (e+f x),-\sec (e+f x)\right ) (d \sec (e+f x))^{3/2} (1+\sec (e+f x))^{-\frac {1}{2}-m} (a+a \sec (e+f x))^m \tan (e+f x)}{3 f \sqrt {1-\sec (e+f x)}} \]

[Out]

-2/3*AppellF1(3/2,1/2-m,1/2,5/2,-sec(f*x+e),sec(f*x+e))*(d*sec(f*x+e))^(3/2)*(1+sec(f*x+e))^(-1/2-m)*(a+a*sec(
f*x+e))^m*tan(f*x+e)/f/(1-sec(f*x+e))^(1/2)

________________________________________________________________________________________

Rubi [A]
time = 0.09, antiderivative size = 98, 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, 3912, 138} \begin {gather*} -\frac {2 \tan (e+f x) (d \sec (e+f x))^{3/2} (\sec (e+f x)+1)^{-m-\frac {1}{2}} (a \sec (e+f x)+a)^m F_1\left (\frac {3}{2};\frac {1}{2},\frac {1}{2}-m;\frac {5}{2};\sec (e+f x),-\sec (e+f x)\right )}{3 f \sqrt {1-\sec (e+f x)}} \end {gather*}

Antiderivative was successfully verified.

[In]

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

[Out]

(-2*AppellF1[3/2, 1/2, 1/2 - m, 5/2, Sec[e + f*x], -Sec[e + f*x]]*(d*Sec[e + f*x])^(3/2)*(1 + Sec[e + f*x])^(-
1/2 - m)*(a + a*Sec[e + f*x])^m*Tan[e + f*x])/(3*f*Sqrt[1 - Sec[e + f*x]])

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 3912

Int[(csc[(e_.) + (f_.)*(x_)]*(d_.))^(n_.)*(csc[(e_.) + (f_.)*(x_)]*(b_.) + (a_))^(m_), x_Symbol] :> Dist[a^2*d
*(Cot[e + f*x]/(f*Sqrt[a + b*Csc[e + f*x]]*Sqrt[a - b*Csc[e + f*x]])), Subst[Int[(d*x)^(n - 1)*((a + b*x)^(m -
 1/2)/Sqrt[a - b*x]), x], x, Csc[e + f*x]], x] /; FreeQ[{a, b, d, e, f, m, n}, x] && EqQ[a^2 - b^2, 0] &&  !In
tegerQ[m] && GtQ[a, 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 (d \sec (e+f x))^{3/2} (a+a \sec (e+f x))^m \, dx &=\left ((1+\sec (e+f x))^{-m} (a+a \sec (e+f x))^m\right ) \int (d \sec (e+f x))^{3/2} (1+\sec (e+f x))^m \, dx\\ &=-\frac {\left (d (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 {\sqrt {d x} (1+x)^{-\frac {1}{2}+m}}{\sqrt {1-x}} \, dx,x,\sec (e+f x)\right )}{f \sqrt {1-\sec (e+f x)}}\\ &=-\frac {2 F_1\left (\frac {3}{2};\frac {1}{2},\frac {1}{2}-m;\frac {5}{2};\sec (e+f x),-\sec (e+f x)\right ) (d \sec (e+f x))^{3/2} (1+\sec (e+f x))^{-\frac {1}{2}-m} (a+a \sec (e+f x))^m \tan (e+f x)}{3 f \sqrt {1-\sec (e+f x)}}\\ \end {align*}

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Mathematica [B] Leaf count is larger than twice the leaf count of optimal. \(2529\) vs. \(2(98)=196\).
time = 15.58, size = 2529, normalized size = 25.81 \begin {gather*} \text {Result too large to show} \end {gather*}

Warning: Unable to verify antiderivative.

[In]

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

[Out]

(-3*2^(1 + m)*AppellF1[1/2, 3/2 + m, -1/2, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sqrt[Sec[e + f*x]]*(d
*Sec[e + f*x])^(3/2)*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^m*(a*(1 + Sec[e + f*x]))^m*Tan[(e + f*x)/2])/(f*(-1 + T
an[(e + f*x)/2]^2)*(3*AppellF1[1/2, 3/2 + m, -1/2, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (AppellF1[3
/2, 3/2 + m, 1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (3 + 2*m)*AppellF1[3/2, 5/2 + m, -1/2, 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, 3/2 + m, -1/2, 3/2,
Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sec[(e + f*x)/2]^2*Sqrt[Sec[e + f*x]]*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x
])^m*Tan[(e + f*x)/2]^2)/((-1 + Tan[(e + f*x)/2]^2)^2*(3*AppellF1[1/2, 3/2 + m, -1/2, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2,
 -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (AppellF1[3/2, 3/2 + m, 1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (3 + 2*m)
*AppellF1[3/2, 5/2 + m, -1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2)) - (3*2^m*App
ellF1[1/2, 3/2 + m, -1/2, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sec[(e + f*x)/2]^2*Sqrt[Sec[e + f*x]]*
(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^m)/((-1 + Tan[(e + f*x)/2]^2)*(3*AppellF1[1/2, 3/2 + m, -1/2, 3/2, Tan[(e +
f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (AppellF1[3/2, 3/2 + m, 1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] +
 (3 + 2*m)*AppellF1[3/2, 5/2 + m, -1/2, 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, 3/2 + m, -1/2, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sec[e + f*x]^(3/2)*(Cos[(e +
 f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^m*Sin[e + f*x]*Tan[(e + f*x)/2])/((-1 + Tan[(e + f*x)/2]^2)*(3*AppellF1[1/2, 3/2 + m,
 -1/2, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (AppellF1[3/2, 3/2 + m, 1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -
Tan[(e + f*x)/2]^2] + (3 + 2*m)*AppellF1[3/2, 5/2 + m, -1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Ta
n[(e + f*x)/2]^2)) - (3*2^(1 + m)*Sqrt[Sec[e + f*x]]*(Cos[(e + f*x)/2]^2*Sec[e + f*x])^m*Tan[(e + f*x)/2]*((Ap
pellF1[3/2, 3/2 + m, 1/2, 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])/6
 + ((3/2 + m)*AppellF1[3/2, 5/2 + m, -1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sec[(e + f*x)/2]^2*Ta
n[(e + f*x)/2])/3))/((-1 + Tan[(e + f*x)/2]^2)*(3*AppellF1[1/2, 3/2 + m, -1/2, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(
e + f*x)/2]^2] + (AppellF1[3/2, 3/2 + m, 1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (3 + 2*m)*Appell
F1[3/2, 5/2 + m, -1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2)) + (3*2^(1 + m)*Appe
llF1[1/2, 3/2 + m, -1/2, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sqrt[Sec[e + f*x]]*(Cos[(e + f*x)/2]^2*
Sec[e + f*x])^m*Tan[(e + f*x)/2]*((AppellF1[3/2, 3/2 + m, 1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] +
 (3 + 2*m)*AppellF1[3/2, 5/2 + m, -1/2, 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*((AppellF1[3/2, 3/2 + m, 1/2, 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])/6 + ((3/2 + m)*AppellF1[3/2, 5/2 + m, -1/2, 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*((-3*AppellF1[5/2, 3/2 + m, 3/2, 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])/10 + (3*(3/2 + m)*AppellF1[5/2, 5/2 + m, 1/
2, 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*m)*((3*Appell
F1[5/2, 5/2 + m, 1/2, 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])/10 +
(3*(5/2 + m)*AppellF1[5/2, 7/2 + m, -1/2, 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))))/((-1 + Tan[(e + f*x)/2]^2)*(3*AppellF1[1/2, 3/2 + m, -1/2, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[
(e + f*x)/2]^2] + (AppellF1[3/2, 3/2 + m, 1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (3 + 2*m)*Appel
lF1[3/2, 5/2 + m, -1/2, 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
*AppellF1[1/2, 3/2 + m, -1/2, 3/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2]*Sqrt[Sec[e + f*x]]*(Cos[(e + f*x)/
2]^2*Sec[e + f*x])^(-1 + m)*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]))/((-1 + Tan[(e + f*x)/2]^2)*(3*AppellF1[1/2, 3/2 + m, -1/2, 3/2, Tan[(e + f*
x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (AppellF1[3/2, 3/2 + m, 1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2] + (
3 + 2*m)*AppellF1[3/2, 5/2 + m, -1/2, 5/2, Tan[(e + f*x)/2]^2, -Tan[(e + f*x)/2]^2])*Tan[(e + f*x)/2]^2))))

________________________________________________________________________________________

Maple [F]
time = 0.10, size = 0, normalized size = 0.00 \[\int \left (d \sec \left (f x +e \right )\right )^{\frac {3}{2}} \left (a +a \sec \left (f x +e \right )\right )^{m}\, dx\]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int((d*sec(f*x+e))^(3/2)*(a+a*sec(f*x+e))^m,x)

[Out]

int((d*sec(f*x+e))^(3/2)*(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((d*sec(f*x+e))^(3/2)*(a+a*sec(f*x+e))^m,x, algorithm="maxima")

[Out]

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

[Out]

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

________________________________________________________________________________________

Sympy [F(-1)] Timed out
time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \begin {gather*} \text {Timed out} \end {gather*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate((d*sec(f*x+e))**(3/2)*(a+a*sec(f*x+e))**m,x)

[Out]

Timed out

________________________________________________________________________________________

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((d*sec(f*x+e))^(3/2)*(a+a*sec(f*x+e))^m,x, algorithm="giac")

[Out]

integrate((d*sec(f*x + e))^(3/2)*(a*sec(f*x + e) + a)^m, x)

________________________________________________________________________________________

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 {d}{\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((a + a/cos(e + f*x))^m*(d/cos(e + f*x))^(3/2),x)

[Out]

int((a + a/cos(e + f*x))^m*(d/cos(e + f*x))^(3/2), x)

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