\(\int \tanh ^5(x) \sqrt {a+b \tanh ^2(x)} \, dx\) [208]

   Optimal result
   Rubi [A] (verified)
   Mathematica [A] (verified)
   Maple [B] (verified)
   Fricas [B] (verification not implemented)
   Sympy [A] (verification not implemented)
   Maxima [F]
   Giac [B] (verification not implemented)
   Mupad [B] (verification not implemented)

Optimal result

Integrand size = 17, antiderivative size = 87 \[ \int \tanh ^5(x) \sqrt {a+b \tanh ^2(x)} \, dx=\sqrt {a+b} \text {arctanh}\left (\frac {\sqrt {a+b \tanh ^2(x)}}{\sqrt {a+b}}\right )-\sqrt {a+b \tanh ^2(x)}+\frac {(a-b) \left (a+b \tanh ^2(x)\right )^{3/2}}{3 b^2}-\frac {\left (a+b \tanh ^2(x)\right )^{5/2}}{5 b^2} \]

[Out]

arctanh((a+b*tanh(x)^2)^(1/2)/(a+b)^(1/2))*(a+b)^(1/2)-(a+b*tanh(x)^2)^(1/2)+1/3*(a-b)*(a+b*tanh(x)^2)^(3/2)/b
^2-1/5*(a+b*tanh(x)^2)^(5/2)/b^2

Rubi [A] (verified)

Time = 0.13 (sec) , antiderivative size = 87, normalized size of antiderivative = 1.00, number of steps used = 7, number of rules used = 6, \(\frac {\text {number of rules}}{\text {integrand size}}\) = 0.353, Rules used = {3751, 457, 90, 52, 65, 214} \[ \int \tanh ^5(x) \sqrt {a+b \tanh ^2(x)} \, dx=\sqrt {a+b} \text {arctanh}\left (\frac {\sqrt {a+b \tanh ^2(x)}}{\sqrt {a+b}}\right )-\frac {\left (a+b \tanh ^2(x)\right )^{5/2}}{5 b^2}+\frac {(a-b) \left (a+b \tanh ^2(x)\right )^{3/2}}{3 b^2}-\sqrt {a+b \tanh ^2(x)} \]

[In]

Int[Tanh[x]^5*Sqrt[a + b*Tanh[x]^2],x]

[Out]

Sqrt[a + b]*ArcTanh[Sqrt[a + b*Tanh[x]^2]/Sqrt[a + b]] - Sqrt[a + b*Tanh[x]^2] + ((a - b)*(a + b*Tanh[x]^2)^(3
/2))/(3*b^2) - (a + b*Tanh[x]^2)^(5/2)/(5*b^2)

Rule 52

Int[((a_.) + (b_.)*(x_))^(m_)*((c_.) + (d_.)*(x_))^(n_), x_Symbol] :> Simp[(a + b*x)^(m + 1)*((c + d*x)^n/(b*(
m + n + 1))), x] + Dist[n*((b*c - a*d)/(b*(m + n + 1))), Int[(a + b*x)^m*(c + d*x)^(n - 1), x], x] /; FreeQ[{a
, b, c, d}, x] && NeQ[b*c - a*d, 0] && GtQ[n, 0] && NeQ[m + n + 1, 0] &&  !(IGtQ[m, 0] && ( !IntegerQ[n] || (G
tQ[m, 0] && LtQ[m - n, 0]))) &&  !ILtQ[m + n + 2, 0] && IntLinearQ[a, b, c, d, m, n, x]

Rule 65

Int[((a_.) + (b_.)*(x_))^(m_)*((c_.) + (d_.)*(x_))^(n_), x_Symbol] :> With[{p = Denominator[m]}, Dist[p/b, Sub
st[Int[x^(p*(m + 1) - 1)*(c - a*(d/b) + d*(x^p/b))^n, x], x, (a + b*x)^(1/p)], x]] /; FreeQ[{a, b, c, d}, x] &
& NeQ[b*c - a*d, 0] && LtQ[-1, m, 0] && LeQ[-1, n, 0] && LeQ[Denominator[n], Denominator[m]] && IntLinearQ[a,
b, c, d, m, n, x]

Rule 90

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

Rule 214

Int[((a_) + (b_.)*(x_)^2)^(-1), x_Symbol] :> Simp[(Rt[-a/b, 2]/a)*ArcTanh[x/Rt[-a/b, 2]], x] /; FreeQ[{a, b},
x] && NegQ[a/b]

Rule 457

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

Rule 3751

Int[((d_.)*tan[(e_.) + (f_.)*(x_)])^(m_.)*((a_) + (b_.)*((c_.)*tan[(e_.) + (f_.)*(x_)])^(n_))^(p_.), x_Symbol]
 :> With[{ff = FreeFactors[Tan[e + f*x], x]}, Dist[c*(ff/f), Subst[Int[(d*ff*(x/c))^m*((a + b*(ff*x)^n)^p/(c^2
 + ff^2*x^2)), x], x, c*(Tan[e + f*x]/ff)], x]] /; FreeQ[{a, b, c, d, e, f, m, n, p}, x] && (IGtQ[p, 0] || EqQ
[n, 2] || EqQ[n, 4] || (IntegerQ[p] && RationalQ[n]))

Rubi steps \begin{align*} \text {integral}& = \text {Subst}\left (\int \frac {x^5 \sqrt {a+b x^2}}{1-x^2} \, dx,x,\tanh (x)\right ) \\ & = \frac {1}{2} \text {Subst}\left (\int \frac {x^2 \sqrt {a+b x}}{1-x} \, dx,x,\tanh ^2(x)\right ) \\ & = \frac {1}{2} \text {Subst}\left (\int \left (\frac {(a-b) \sqrt {a+b x}}{b}+\frac {\sqrt {a+b x}}{1-x}-\frac {(a+b x)^{3/2}}{b}\right ) \, dx,x,\tanh ^2(x)\right ) \\ & = \frac {(a-b) \left (a+b \tanh ^2(x)\right )^{3/2}}{3 b^2}-\frac {\left (a+b \tanh ^2(x)\right )^{5/2}}{5 b^2}+\frac {1}{2} \text {Subst}\left (\int \frac {\sqrt {a+b x}}{1-x} \, dx,x,\tanh ^2(x)\right ) \\ & = -\sqrt {a+b \tanh ^2(x)}+\frac {(a-b) \left (a+b \tanh ^2(x)\right )^{3/2}}{3 b^2}-\frac {\left (a+b \tanh ^2(x)\right )^{5/2}}{5 b^2}+\frac {1}{2} (a+b) \text {Subst}\left (\int \frac {1}{(1-x) \sqrt {a+b x}} \, dx,x,\tanh ^2(x)\right ) \\ & = -\sqrt {a+b \tanh ^2(x)}+\frac {(a-b) \left (a+b \tanh ^2(x)\right )^{3/2}}{3 b^2}-\frac {\left (a+b \tanh ^2(x)\right )^{5/2}}{5 b^2}+\frac {(a+b) \text {Subst}\left (\int \frac {1}{1+\frac {a}{b}-\frac {x^2}{b}} \, dx,x,\sqrt {a+b \tanh ^2(x)}\right )}{b} \\ & = \sqrt {a+b} \text {arctanh}\left (\frac {\sqrt {a+b \tanh ^2(x)}}{\sqrt {a+b}}\right )-\sqrt {a+b \tanh ^2(x)}+\frac {(a-b) \left (a+b \tanh ^2(x)\right )^{3/2}}{3 b^2}-\frac {\left (a+b \tanh ^2(x)\right )^{5/2}}{5 b^2} \\ \end{align*}

Mathematica [A] (verified)

Time = 0.58 (sec) , antiderivative size = 85, normalized size of antiderivative = 0.98 \[ \int \tanh ^5(x) \sqrt {a+b \tanh ^2(x)} \, dx=\sqrt {a+b} \text {arctanh}\left (\frac {\sqrt {a+b \tanh ^2(x)}}{\sqrt {a+b}}\right )+\frac {\sqrt {a+b \tanh ^2(x)} \left (2 a^2-5 a b-15 b^2-b (a+5 b) \tanh ^2(x)-3 b^2 \tanh ^4(x)\right )}{15 b^2} \]

[In]

Integrate[Tanh[x]^5*Sqrt[a + b*Tanh[x]^2],x]

[Out]

Sqrt[a + b]*ArcTanh[Sqrt[a + b*Tanh[x]^2]/Sqrt[a + b]] + (Sqrt[a + b*Tanh[x]^2]*(2*a^2 - 5*a*b - 15*b^2 - b*(a
 + 5*b)*Tanh[x]^2 - 3*b^2*Tanh[x]^4))/(15*b^2)

Maple [B] (verified)

Leaf count of result is larger than twice the leaf count of optimal. \(287\) vs. \(2(71)=142\).

Time = 0.18 (sec) , antiderivative size = 288, normalized size of antiderivative = 3.31

method result size
derivativedivides \(-\frac {\left (a +b \tanh \left (x \right )^{2}\right )^{\frac {3}{2}}}{3 b}-\frac {\tanh \left (x \right )^{2} \left (a +b \tanh \left (x \right )^{2}\right )^{\frac {3}{2}}}{5 b}+\frac {2 a \left (a +b \tanh \left (x \right )^{2}\right )^{\frac {3}{2}}}{15 b^{2}}-\frac {\sqrt {b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )^{2}-2 b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )+a +b}}{2}+\frac {\sqrt {b}\, \ln \left (\frac {b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )-b}{\sqrt {b}}+\sqrt {b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )^{2}-2 b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )+a +b}\right )}{2}+\frac {\sqrt {a +b}\, \ln \left (\frac {2 a +2 b -2 b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )+2 \sqrt {a +b}\, \sqrt {b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )^{2}-2 b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )+a +b}}{1+\tanh \left (x \right )}\right )}{2}-\frac {\sqrt {b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )^{2}+2 b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )+a +b}}{2}-\frac {\sqrt {b}\, \ln \left (\frac {b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )+b}{\sqrt {b}}+\sqrt {b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )^{2}+2 b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )+a +b}\right )}{2}+\frac {\sqrt {a +b}\, \ln \left (\frac {2 a +2 b +2 b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )+2 \sqrt {a +b}\, \sqrt {b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )^{2}+2 b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )+a +b}}{\tanh \left (x \right )-1}\right )}{2}\) \(288\)
default \(-\frac {\left (a +b \tanh \left (x \right )^{2}\right )^{\frac {3}{2}}}{3 b}-\frac {\tanh \left (x \right )^{2} \left (a +b \tanh \left (x \right )^{2}\right )^{\frac {3}{2}}}{5 b}+\frac {2 a \left (a +b \tanh \left (x \right )^{2}\right )^{\frac {3}{2}}}{15 b^{2}}-\frac {\sqrt {b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )^{2}-2 b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )+a +b}}{2}+\frac {\sqrt {b}\, \ln \left (\frac {b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )-b}{\sqrt {b}}+\sqrt {b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )^{2}-2 b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )+a +b}\right )}{2}+\frac {\sqrt {a +b}\, \ln \left (\frac {2 a +2 b -2 b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )+2 \sqrt {a +b}\, \sqrt {b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )^{2}-2 b \left (1+\tanh \left (x \right )\right )+a +b}}{1+\tanh \left (x \right )}\right )}{2}-\frac {\sqrt {b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )^{2}+2 b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )+a +b}}{2}-\frac {\sqrt {b}\, \ln \left (\frac {b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )+b}{\sqrt {b}}+\sqrt {b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )^{2}+2 b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )+a +b}\right )}{2}+\frac {\sqrt {a +b}\, \ln \left (\frac {2 a +2 b +2 b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )+2 \sqrt {a +b}\, \sqrt {b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )^{2}+2 b \left (\tanh \left (x \right )-1\right )+a +b}}{\tanh \left (x \right )-1}\right )}{2}\) \(288\)

[In]

int((a+b*tanh(x)^2)^(1/2)*tanh(x)^5,x,method=_RETURNVERBOSE)

[Out]

-1/3*(a+b*tanh(x)^2)^(3/2)/b-1/5*tanh(x)^2*(a+b*tanh(x)^2)^(3/2)/b+2/15*a/b^2*(a+b*tanh(x)^2)^(3/2)-1/2*(b*(1+
tanh(x))^2-2*b*(1+tanh(x))+a+b)^(1/2)+1/2*b^(1/2)*ln((b*(1+tanh(x))-b)/b^(1/2)+(b*(1+tanh(x))^2-2*b*(1+tanh(x)
)+a+b)^(1/2))+1/2*(a+b)^(1/2)*ln((2*a+2*b-2*b*(1+tanh(x))+2*(a+b)^(1/2)*(b*(1+tanh(x))^2-2*b*(1+tanh(x))+a+b)^
(1/2))/(1+tanh(x)))-1/2*(b*(tanh(x)-1)^2+2*b*(tanh(x)-1)+a+b)^(1/2)-1/2*b^(1/2)*ln((b*(tanh(x)-1)+b)/b^(1/2)+(
b*(tanh(x)-1)^2+2*b*(tanh(x)-1)+a+b)^(1/2))+1/2*(a+b)^(1/2)*ln((2*a+2*b+2*b*(tanh(x)-1)+2*(a+b)^(1/2)*(b*(tanh
(x)-1)^2+2*b*(tanh(x)-1)+a+b)^(1/2))/(tanh(x)-1))

Fricas [B] (verification not implemented)

Leaf count of result is larger than twice the leaf count of optimal. 1982 vs. \(2 (71) = 142\).

Time = 0.49 (sec) , antiderivative size = 4529, normalized size of antiderivative = 52.06 \[ \int \tanh ^5(x) \sqrt {a+b \tanh ^2(x)} \, dx=\text {Too large to display} \]

[In]

integrate((a+b*tanh(x)^2)^(1/2)*tanh(x)^5,x, algorithm="fricas")

[Out]

[1/60*(15*(b^2*cosh(x)^10 + 10*b^2*cosh(x)*sinh(x)^9 + b^2*sinh(x)^10 + 5*b^2*cosh(x)^8 + 5*(9*b^2*cosh(x)^2 +
 b^2)*sinh(x)^8 + 10*b^2*cosh(x)^6 + 40*(3*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x)^7 + 10*(21*b^2*cosh(x)^4 + 14*
b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^6 + 10*b^2*cosh(x)^4 + 4*(63*b^2*cosh(x)^5 + 70*b^2*cosh(x)^3 + 15*b^2*cosh(x))*s
inh(x)^5 + 10*(21*b^2*cosh(x)^6 + 35*b^2*cosh(x)^4 + 15*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^4 + 5*b^2*cosh(x)^2 + 40*
(3*b^2*cosh(x)^7 + 7*b^2*cosh(x)^5 + 5*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x)^3 + 5*(9*b^2*cosh(x)^8 + 28*b^2*co
sh(x)^6 + 30*b^2*cosh(x)^4 + 12*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^2 + b^2 + 10*(b^2*cosh(x)^9 + 4*b^2*cosh(x)^7 + 6
*b^2*cosh(x)^5 + 4*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x))*sqrt(a + b)*log(((a^3 + a^2*b)*cosh(x)^8 + 8*(a^3 + a
^2*b)*cosh(x)*sinh(x)^7 + (a^3 + a^2*b)*sinh(x)^8 + 2*(2*a^3 + a^2*b)*cosh(x)^6 + 2*(2*a^3 + a^2*b + 14*(a^3 +
 a^2*b)*cosh(x)^2)*sinh(x)^6 + 4*(14*(a^3 + a^2*b)*cosh(x)^3 + 3*(2*a^3 + a^2*b)*cosh(x))*sinh(x)^5 + (6*a^3 +
 4*a^2*b - a*b^2 + b^3)*cosh(x)^4 + (70*(a^3 + a^2*b)*cosh(x)^4 + 6*a^3 + 4*a^2*b - a*b^2 + b^3 + 30*(2*a^3 +
a^2*b)*cosh(x)^2)*sinh(x)^4 + 4*(14*(a^3 + a^2*b)*cosh(x)^5 + 10*(2*a^3 + a^2*b)*cosh(x)^3 + (6*a^3 + 4*a^2*b
- a*b^2 + b^3)*cosh(x))*sinh(x)^3 + a^3 + 3*a^2*b + 3*a*b^2 + b^3 + 2*(2*a^3 + 3*a^2*b - b^3)*cosh(x)^2 + 2*(1
4*(a^3 + a^2*b)*cosh(x)^6 + 15*(2*a^3 + a^2*b)*cosh(x)^4 + 2*a^3 + 3*a^2*b - b^3 + 3*(6*a^3 + 4*a^2*b - a*b^2
+ b^3)*cosh(x)^2)*sinh(x)^2 + sqrt(2)*(a^2*cosh(x)^6 + 6*a^2*cosh(x)*sinh(x)^5 + a^2*sinh(x)^6 + 3*a^2*cosh(x)
^4 + 3*(5*a^2*cosh(x)^2 + a^2)*sinh(x)^4 + 4*(5*a^2*cosh(x)^3 + 3*a^2*cosh(x))*sinh(x)^3 + (3*a^2 + 2*a*b - b^
2)*cosh(x)^2 + (15*a^2*cosh(x)^4 + 18*a^2*cosh(x)^2 + 3*a^2 + 2*a*b - b^2)*sinh(x)^2 + a^2 + 2*a*b + b^2 + 2*(
3*a^2*cosh(x)^5 + 6*a^2*cosh(x)^3 + (3*a^2 + 2*a*b - b^2)*cosh(x))*sinh(x))*sqrt(a + b)*sqrt(((a + b)*cosh(x)^
2 + (a + b)*sinh(x)^2 + a - b)/(cosh(x)^2 - 2*cosh(x)*sinh(x) + sinh(x)^2)) + 4*(2*(a^3 + a^2*b)*cosh(x)^7 + 3
*(2*a^3 + a^2*b)*cosh(x)^5 + (6*a^3 + 4*a^2*b - a*b^2 + b^3)*cosh(x)^3 + (2*a^3 + 3*a^2*b - b^3)*cosh(x))*sinh
(x))/(cosh(x)^6 + 6*cosh(x)^5*sinh(x) + 15*cosh(x)^4*sinh(x)^2 + 20*cosh(x)^3*sinh(x)^3 + 15*cosh(x)^2*sinh(x)
^4 + 6*cosh(x)*sinh(x)^5 + sinh(x)^6)) + 15*(b^2*cosh(x)^10 + 10*b^2*cosh(x)*sinh(x)^9 + b^2*sinh(x)^10 + 5*b^
2*cosh(x)^8 + 5*(9*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^8 + 10*b^2*cosh(x)^6 + 40*(3*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh
(x)^7 + 10*(21*b^2*cosh(x)^4 + 14*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^6 + 10*b^2*cosh(x)^4 + 4*(63*b^2*cosh(x)^5 + 70
*b^2*cosh(x)^3 + 15*b^2*cosh(x))*sinh(x)^5 + 10*(21*b^2*cosh(x)^6 + 35*b^2*cosh(x)^4 + 15*b^2*cosh(x)^2 + b^2)
*sinh(x)^4 + 5*b^2*cosh(x)^2 + 40*(3*b^2*cosh(x)^7 + 7*b^2*cosh(x)^5 + 5*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x)^
3 + 5*(9*b^2*cosh(x)^8 + 28*b^2*cosh(x)^6 + 30*b^2*cosh(x)^4 + 12*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^2 + b^2 + 10*(b
^2*cosh(x)^9 + 4*b^2*cosh(x)^7 + 6*b^2*cosh(x)^5 + 4*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x))*sqrt(a + b)*log(-((
a + b)*cosh(x)^4 + 4*(a + b)*cosh(x)*sinh(x)^3 + (a + b)*sinh(x)^4 - 2*b*cosh(x)^2 + 2*(3*(a + b)*cosh(x)^2 -
b)*sinh(x)^2 + sqrt(2)*(cosh(x)^2 + 2*cosh(x)*sinh(x) + sinh(x)^2 - 1)*sqrt(a + b)*sqrt(((a + b)*cosh(x)^2 + (
a + b)*sinh(x)^2 + a - b)/(cosh(x)^2 - 2*cosh(x)*sinh(x) + sinh(x)^2)) + 4*((a + b)*cosh(x)^3 - b*cosh(x))*sin
h(x) + a + b)/(cosh(x)^2 + 2*cosh(x)*sinh(x) + sinh(x)^2)) + 4*sqrt(2)*((2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)^8 + 8
*(2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)*sinh(x)^7 + (2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*sinh(x)^8 + 4*(2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*
cosh(x)^6 + 4*(7*(2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)^2 + 2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*sinh(x)^6 + 8*(7*(2*a^2 - 6*a*b
- 23*b^2)*cosh(x)^3 + 3*(2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x))*sinh(x)^5 + 2*(6*a^2 - 14*a*b - 49*b^2)*cosh(x)^4 +
2*(35*(2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)^4 + 30*(2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x)^2 + 6*a^2 - 14*a*b - 49*b^2)*si
nh(x)^4 + 8*(7*(2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)^5 + 10*(2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x)^3 + (6*a^2 - 14*a*b -
49*b^2)*cosh(x))*sinh(x)^3 + 4*(2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x)^2 + 4*(7*(2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)^6 +
15*(2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x)^4 + 3*(6*a^2 - 14*a*b - 49*b^2)*cosh(x)^2 + 2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*sinh(x
)^2 + 2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2 + 8*((2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)^7 + 3*(2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x)^5 +
(6*a^2 - 14*a*b - 49*b^2)*cosh(x)^3 + (2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x))*sinh(x))*sqrt(((a + b)*cosh(x)^2 + (a
+ b)*sinh(x)^2 + a - b)/(cosh(x)^2 - 2*cosh(x)*sinh(x) + sinh(x)^2)))/(b^2*cosh(x)^10 + 10*b^2*cosh(x)*sinh(x)
^9 + b^2*sinh(x)^10 + 5*b^2*cosh(x)^8 + 5*(9*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^8 + 10*b^2*cosh(x)^6 + 40*(3*b^2*cos
h(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x)^7 + 10*(21*b^2*cosh(x)^4 + 14*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^6 + 10*b^2*cosh(x)^4
+ 4*(63*b^2*cosh(x)^5 + 70*b^2*cosh(x)^3 + 15*b^2*cosh(x))*sinh(x)^5 + 10*(21*b^2*cosh(x)^6 + 35*b^2*cosh(x)^4
 + 15*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^4 + 5*b^2*cosh(x)^2 + 40*(3*b^2*cosh(x)^7 + 7*b^2*cosh(x)^5 + 5*b^2*cosh(x)
^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x)^3 + 5*(9*b^2*cosh(x)^8 + 28*b^2*cosh(x)^6 + 30*b^2*cosh(x)^4 + 12*b^2*cosh(x)^2 + b^
2)*sinh(x)^2 + b^2 + 10*(b^2*cosh(x)^9 + 4*b^2*cosh(x)^7 + 6*b^2*cosh(x)^5 + 4*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*si
nh(x)), -1/30*(15*(b^2*cosh(x)^10 + 10*b^2*cosh(x)*sinh(x)^9 + b^2*sinh(x)^10 + 5*b^2*cosh(x)^8 + 5*(9*b^2*cos
h(x)^2 + b^2)*sinh(x)^8 + 10*b^2*cosh(x)^6 + 40*(3*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x)^7 + 10*(21*b^2*cosh(x)
^4 + 14*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^6 + 10*b^2*cosh(x)^4 + 4*(63*b^2*cosh(x)^5 + 70*b^2*cosh(x)^3 + 15*b^2*co
sh(x))*sinh(x)^5 + 10*(21*b^2*cosh(x)^6 + 35*b^2*cosh(x)^4 + 15*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^4 + 5*b^2*cosh(x)
^2 + 40*(3*b^2*cosh(x)^7 + 7*b^2*cosh(x)^5 + 5*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x)^3 + 5*(9*b^2*cosh(x)^8 + 2
8*b^2*cosh(x)^6 + 30*b^2*cosh(x)^4 + 12*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^2 + b^2 + 10*(b^2*cosh(x)^9 + 4*b^2*cosh(
x)^7 + 6*b^2*cosh(x)^5 + 4*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x))*sqrt(-a - b)*arctan(sqrt(2)*(a*cosh(x)^2 + 2*
a*cosh(x)*sinh(x) + a*sinh(x)^2 + a + b)*sqrt(-a - b)*sqrt(((a + b)*cosh(x)^2 + (a + b)*sinh(x)^2 + a - b)/(co
sh(x)^2 - 2*cosh(x)*sinh(x) + sinh(x)^2))/((a^2 + a*b)*cosh(x)^4 + 4*(a^2 + a*b)*cosh(x)*sinh(x)^3 + (a^2 + a*
b)*sinh(x)^4 + (2*a^2 + a*b - b^2)*cosh(x)^2 + (6*(a^2 + a*b)*cosh(x)^2 + 2*a^2 + a*b - b^2)*sinh(x)^2 + a^2 +
 2*a*b + b^2 + 2*(2*(a^2 + a*b)*cosh(x)^3 + (2*a^2 + a*b - b^2)*cosh(x))*sinh(x))) + 15*(b^2*cosh(x)^10 + 10*b
^2*cosh(x)*sinh(x)^9 + b^2*sinh(x)^10 + 5*b^2*cosh(x)^8 + 5*(9*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^8 + 10*b^2*cosh(x)
^6 + 40*(3*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x)^7 + 10*(21*b^2*cosh(x)^4 + 14*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^6 +
 10*b^2*cosh(x)^4 + 4*(63*b^2*cosh(x)^5 + 70*b^2*cosh(x)^3 + 15*b^2*cosh(x))*sinh(x)^5 + 10*(21*b^2*cosh(x)^6
+ 35*b^2*cosh(x)^4 + 15*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^4 + 5*b^2*cosh(x)^2 + 40*(3*b^2*cosh(x)^7 + 7*b^2*cosh(x)
^5 + 5*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x)^3 + 5*(9*b^2*cosh(x)^8 + 28*b^2*cosh(x)^6 + 30*b^2*cosh(x)^4 + 12*
b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^2 + b^2 + 10*(b^2*cosh(x)^9 + 4*b^2*cosh(x)^7 + 6*b^2*cosh(x)^5 + 4*b^2*cosh(x)^3
 + b^2*cosh(x))*sinh(x))*sqrt(-a - b)*arctan(sqrt(2)*(cosh(x)^2 + 2*cosh(x)*sinh(x) + sinh(x)^2 - 1)*sqrt(-a -
 b)*sqrt(((a + b)*cosh(x)^2 + (a + b)*sinh(x)^2 + a - b)/(cosh(x)^2 - 2*cosh(x)*sinh(x) + sinh(x)^2))/((a + b)
*cosh(x)^4 + 4*(a + b)*cosh(x)*sinh(x)^3 + (a + b)*sinh(x)^4 + 2*(a - b)*cosh(x)^2 + 2*(3*(a + b)*cosh(x)^2 +
a - b)*sinh(x)^2 + 4*((a + b)*cosh(x)^3 + (a - b)*cosh(x))*sinh(x) + a + b)) - 2*sqrt(2)*((2*a^2 - 6*a*b - 23*
b^2)*cosh(x)^8 + 8*(2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)*sinh(x)^7 + (2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*sinh(x)^8 + 4*(2*a^2
- 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x)^6 + 4*(7*(2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)^2 + 2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*sinh(x)^6 + 8*
(7*(2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)^3 + 3*(2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x))*sinh(x)^5 + 2*(6*a^2 - 14*a*b - 49
*b^2)*cosh(x)^4 + 2*(35*(2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)^4 + 30*(2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x)^2 + 6*a^2 - 1
4*a*b - 49*b^2)*sinh(x)^4 + 8*(7*(2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)^5 + 10*(2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x)^3 +
(6*a^2 - 14*a*b - 49*b^2)*cosh(x))*sinh(x)^3 + 4*(2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x)^2 + 4*(7*(2*a^2 - 6*a*b - 23
*b^2)*cosh(x)^6 + 15*(2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x)^4 + 3*(6*a^2 - 14*a*b - 49*b^2)*cosh(x)^2 + 2*a^2 - 5*a*
b - 12*b^2)*sinh(x)^2 + 2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2 + 8*((2*a^2 - 6*a*b - 23*b^2)*cosh(x)^7 + 3*(2*a^2 - 5*a*b - 12
*b^2)*cosh(x)^5 + (6*a^2 - 14*a*b - 49*b^2)*cosh(x)^3 + (2*a^2 - 5*a*b - 12*b^2)*cosh(x))*sinh(x))*sqrt(((a +
b)*cosh(x)^2 + (a + b)*sinh(x)^2 + a - b)/(cosh(x)^2 - 2*cosh(x)*sinh(x) + sinh(x)^2)))/(b^2*cosh(x)^10 + 10*b
^2*cosh(x)*sinh(x)^9 + b^2*sinh(x)^10 + 5*b^2*cosh(x)^8 + 5*(9*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^8 + 10*b^2*cosh(x)
^6 + 40*(3*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x)^7 + 10*(21*b^2*cosh(x)^4 + 14*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^6 +
 10*b^2*cosh(x)^4 + 4*(63*b^2*cosh(x)^5 + 70*b^2*cosh(x)^3 + 15*b^2*cosh(x))*sinh(x)^5 + 10*(21*b^2*cosh(x)^6
+ 35*b^2*cosh(x)^4 + 15*b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^4 + 5*b^2*cosh(x)^2 + 40*(3*b^2*cosh(x)^7 + 7*b^2*cosh(x)
^5 + 5*b^2*cosh(x)^3 + b^2*cosh(x))*sinh(x)^3 + 5*(9*b^2*cosh(x)^8 + 28*b^2*cosh(x)^6 + 30*b^2*cosh(x)^4 + 12*
b^2*cosh(x)^2 + b^2)*sinh(x)^2 + b^2 + 10*(b^2*cosh(x)^9 + 4*b^2*cosh(x)^7 + 6*b^2*cosh(x)^5 + 4*b^2*cosh(x)^3
 + b^2*cosh(x))*sinh(x))]

Sympy [A] (verification not implemented)

Time = 2.35 (sec) , antiderivative size = 126, normalized size of antiderivative = 1.45 \[ \int \tanh ^5(x) \sqrt {a+b \tanh ^2(x)} \, dx=- \begin {cases} \frac {2 \left (\frac {b^{3} \sqrt {a + b \tanh ^{2}{\left (x \right )}}}{2} + \frac {b^{3} \left (a + b\right ) \operatorname {atan}{\left (\frac {\sqrt {a + b \tanh ^{2}{\left (x \right )}}}{\sqrt {- a - b}} \right )}}{2 \sqrt {- a - b}} + \frac {b \left (a + b \tanh ^{2}{\left (x \right )}\right )^{\frac {5}{2}}}{10} + \frac {\left (a + b \tanh ^{2}{\left (x \right )}\right )^{\frac {3}{2}} \left (- \frac {a b}{2} + \frac {b^{2}}{2}\right )}{3}\right )}{b^{3}} & \text {for}\: b \neq 0 \\\sqrt {a} \left (\frac {\log {\left (\tanh ^{2}{\left (x \right )} - 1 \right )}}{2} + \frac {\tanh ^{4}{\left (x \right )}}{4} + \frac {\tanh ^{2}{\left (x \right )}}{2}\right ) & \text {otherwise} \end {cases} \]

[In]

integrate((a+b*tanh(x)**2)**(1/2)*tanh(x)**5,x)

[Out]

-Piecewise((2*(b**3*sqrt(a + b*tanh(x)**2)/2 + b**3*(a + b)*atan(sqrt(a + b*tanh(x)**2)/sqrt(-a - b))/(2*sqrt(
-a - b)) + b*(a + b*tanh(x)**2)**(5/2)/10 + (a + b*tanh(x)**2)**(3/2)*(-a*b/2 + b**2/2)/3)/b**3, Ne(b, 0)), (s
qrt(a)*(log(tanh(x)**2 - 1)/2 + tanh(x)**4/4 + tanh(x)**2/2), True))

Maxima [F]

\[ \int \tanh ^5(x) \sqrt {a+b \tanh ^2(x)} \, dx=\int { \sqrt {b \tanh \left (x\right )^{2} + a} \tanh \left (x\right )^{5} \,d x } \]

[In]

integrate((a+b*tanh(x)^2)^(1/2)*tanh(x)^5,x, algorithm="maxima")

[Out]

integrate(sqrt(b*tanh(x)^2 + a)*tanh(x)^5, x)

Giac [B] (verification not implemented)

Leaf count of result is larger than twice the leaf count of optimal. 980 vs. \(2 (71) = 142\).

Time = 1.13 (sec) , antiderivative size = 980, normalized size of antiderivative = 11.26 \[ \int \tanh ^5(x) \sqrt {a+b \tanh ^2(x)} \, dx=\text {Too large to display} \]

[In]

integrate((a+b*tanh(x)^2)^(1/2)*tanh(x)^5,x, algorithm="giac")

[Out]

-1/2*sqrt(a + b)*log(abs(-(sqrt(a + b)*e^(2*x) - sqrt(a*e^(4*x) + b*e^(4*x) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a +
b))*(a + b) - sqrt(a + b)*(a - b))) + 1/2*sqrt(a + b)*log(abs(-sqrt(a + b)*e^(2*x) + sqrt(a*e^(4*x) + b*e^(4*x
) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a + b) + sqrt(a + b))) - 1/2*sqrt(a + b)*log(abs(-sqrt(a + b)*e^(2*x) + sqrt(a
*e^(4*x) + b*e^(4*x) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a + b) - sqrt(a + b))) - 4/15*(15*(sqrt(a + b)*e^(2*x) - sq
rt(a*e^(4*x) + b*e^(4*x) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a + b))^9*(2*a + 3*b) + 15*(sqrt(a + b)*e^(2*x) - sqrt(
a*e^(4*x) + b*e^(4*x) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a + b))^8*(10*a + 9*b)*sqrt(a + b) + 20*(18*a^2 + 23*a*b +
 b^2)*(sqrt(a + b)*e^(2*x) - sqrt(a*e^(4*x) + b*e^(4*x) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a + b))^7 + 20*(30*a^2 -
 7*a*b - 65*b^2)*(sqrt(a + b)*e^(2*x) - sqrt(a*e^(4*x) + b*e^(4*x) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a + b))^6*sqr
t(a + b) + 2*(330*a^3 - 705*a^2*b - 1480*a*b^2 + 19*b^3)*(sqrt(a + b)*e^(2*x) - sqrt(a*e^(4*x) + b*e^(4*x) + 2
*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a + b))^5 + 10*(18*a^3 - 279*a^2*b + 68*a*b^2 + 349*b^3)*(sqrt(a + b)*e^(2*x) - sqr
t(a*e^(4*x) + b*e^(4*x) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a + b))^4*sqrt(a + b) - 20*(30*a^4 + 81*a^3*b - 149*a^2*
b^2 - 245*a*b^3 + 19*b^4)*(sqrt(a + b)*e^(2*x) - sqrt(a*e^(4*x) + b*e^(4*x) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a +
b))^3 - 20*(42*a^4 - 33*a^3*b - 139*a^2*b^2 + 69*a*b^3 + 325*b^4)*(sqrt(a + b)*e^(2*x) - sqrt(a*e^(4*x) + b*e^
(4*x) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a + b))^2*sqrt(a + b) - 5*(90*a^5 - 121*a^4*b - 184*a^3*b^2 + 658*a^2*b^3
+ 166*a*b^4 - 1233*b^5)*(sqrt(a + b)*e^(2*x) - sqrt(a*e^(4*x) + b*e^(4*x) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a + b)
) - (90*a^5 - 215*a^4*b + 240*a^3*b^2 + 638*a^2*b^3 - 2034*a*b^4 + 1713*b^5)*sqrt(a + b))/((sqrt(a + b)*e^(2*x
) - sqrt(a*e^(4*x) + b*e^(4*x) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a + b))^2 + 2*(sqrt(a + b)*e^(2*x) - sqrt(a*e^(4*
x) + b*e^(4*x) + 2*a*e^(2*x) - 2*b*e^(2*x) + a + b))*sqrt(a + b) + a - 3*b)^5

Mupad [B] (verification not implemented)

Time = 9.06 (sec) , antiderivative size = 119, normalized size of antiderivative = 1.37 \[ \int \tanh ^5(x) \sqrt {a+b \tanh ^2(x)} \, dx=-\frac {{\left (b\,{\mathrm {tanh}\left (x\right )}^2+a\right )}^{5/2}}{5\,b^2}-2\,\mathrm {atan}\left (\frac {2\,\sqrt {b\,{\mathrm {tanh}\left (x\right )}^2+a}\,\sqrt {-\frac {a}{4}-\frac {b}{4}}}{a+b}\right )\,\sqrt {-\frac {a}{4}-\frac {b}{4}}-\sqrt {b\,{\mathrm {tanh}\left (x\right )}^2+a}\,\left (\left (a+b\right )\,\left (\frac {a+b}{b^2}-\frac {2\,a}{b^2}\right )+\frac {a^2}{b^2}\right )-\left (\frac {a+b}{3\,b^2}-\frac {2\,a}{3\,b^2}\right )\,{\left (b\,{\mathrm {tanh}\left (x\right )}^2+a\right )}^{3/2} \]

[In]

int(tanh(x)^5*(a + b*tanh(x)^2)^(1/2),x)

[Out]

- (a + b*tanh(x)^2)^(5/2)/(5*b^2) - 2*atan((2*(a + b*tanh(x)^2)^(1/2)*(- a/4 - b/4)^(1/2))/(a + b))*(- a/4 - b
/4)^(1/2) - (a + b*tanh(x)^2)^(1/2)*((a + b)*((a + b)/b^2 - (2*a)/b^2) + a^2/b^2) - ((a + b)/(3*b^2) - (2*a)/(
3*b^2))*(a + b*tanh(x)^2)^(3/2)