3.121 \(\int \frac{1}{(a+8 x-8 x^2+4 x^3-x^4)^2} \, dx\)

Optimal. Leaf size=169 \[ \frac{(x-1) \left (a+(x-1)^2+5\right )}{4 \left (a^2+7 a+12\right ) \left (a-(x-1)^4-2 (x-1)^2+3\right )}-\frac{\left (3 a+\sqrt{a+4}+10\right ) \tan ^{-1}\left (\frac{x-1}{\sqrt{1-\sqrt{a+4}}}\right )}{8 (a+3) (a+4)^{3/2} \sqrt{1-\sqrt{a+4}}}+\frac{\left (3 a-\sqrt{a+4}+10\right ) \tan ^{-1}\left (\frac{x-1}{\sqrt{\sqrt{a+4}+1}}\right )}{8 (a+3) (a+4)^{3/2} \sqrt{\sqrt{a+4}+1}} \]

[Out]

((5 + a + (-1 + x)^2)*(-1 + x))/(4*(12 + 7*a + a^2)*(3 + a - 2*(-1 + x)^2 - (-1 + x)^4)) - ((10 + 3*a + Sqrt[4
 + a])*ArcTan[(-1 + x)/Sqrt[1 - Sqrt[4 + a]]])/(8*(3 + a)*(4 + a)^(3/2)*Sqrt[1 - Sqrt[4 + a]]) + ((10 + 3*a -
Sqrt[4 + a])*ArcTan[(-1 + x)/Sqrt[1 + Sqrt[4 + a]]])/(8*(3 + a)*(4 + a)^(3/2)*Sqrt[1 + Sqrt[4 + a]])

________________________________________________________________________________________

Rubi [A]  time = 0.291298, antiderivative size = 169, normalized size of antiderivative = 1., number of steps used = 5, number of rules used = 4, integrand size = 22, \(\frac{\text{number of rules}}{\text{integrand size}}\) = 0.182, Rules used = {1106, 1092, 1166, 204} \[ \frac{(x-1) \left (a+(x-1)^2+5\right )}{4 \left (a^2+7 a+12\right ) \left (a-(x-1)^4-2 (x-1)^2+3\right )}-\frac{\left (3 a+\sqrt{a+4}+10\right ) \tan ^{-1}\left (\frac{x-1}{\sqrt{1-\sqrt{a+4}}}\right )}{8 (a+3) (a+4)^{3/2} \sqrt{1-\sqrt{a+4}}}+\frac{\left (3 a-\sqrt{a+4}+10\right ) \tan ^{-1}\left (\frac{x-1}{\sqrt{\sqrt{a+4}+1}}\right )}{8 (a+3) (a+4)^{3/2} \sqrt{\sqrt{a+4}+1}} \]

Antiderivative was successfully verified.

[In]

Int[(a + 8*x - 8*x^2 + 4*x^3 - x^4)^(-2),x]

[Out]

((5 + a + (-1 + x)^2)*(-1 + x))/(4*(12 + 7*a + a^2)*(3 + a - 2*(-1 + x)^2 - (-1 + x)^4)) - ((10 + 3*a + Sqrt[4
 + a])*ArcTan[(-1 + x)/Sqrt[1 - Sqrt[4 + a]]])/(8*(3 + a)*(4 + a)^(3/2)*Sqrt[1 - Sqrt[4 + a]]) + ((10 + 3*a -
Sqrt[4 + a])*ArcTan[(-1 + x)/Sqrt[1 + Sqrt[4 + a]]])/(8*(3 + a)*(4 + a)^(3/2)*Sqrt[1 + Sqrt[4 + a]])

Rule 1106

Int[(P4_)^(p_), x_Symbol] :> With[{a = Coeff[P4, x, 0], b = Coeff[P4, x, 1], c = Coeff[P4, x, 2], d = Coeff[P4
, x, 3], e = Coeff[P4, x, 4]}, Subst[Int[SimplifyIntegrand[(a + d^4/(256*e^3) - (b*d)/(8*e) + (c - (3*d^2)/(8*
e))*x^2 + e*x^4)^p, x], x], x, d/(4*e) + x] /; EqQ[d^3 - 4*c*d*e + 8*b*e^2, 0] && NeQ[d, 0]] /; FreeQ[p, x] &&
 PolyQ[P4, x, 4] && NeQ[p, 2] && NeQ[p, 3]

Rule 1092

Int[((a_) + (b_.)*(x_)^2 + (c_.)*(x_)^4)^(p_), x_Symbol] :> -Simp[(x*(b^2 - 2*a*c + b*c*x^2)*(a + b*x^2 + c*x^
4)^(p + 1))/(2*a*(p + 1)*(b^2 - 4*a*c)), x] + Dist[1/(2*a*(p + 1)*(b^2 - 4*a*c)), Int[(b^2 - 2*a*c + 2*(p + 1)
*(b^2 - 4*a*c) + b*c*(4*p + 7)*x^2)*(a + b*x^2 + c*x^4)^(p + 1), x], x] /; FreeQ[{a, b, c}, x] && NeQ[b^2 - 4*
a*c, 0] && LtQ[p, -1] && IntegerQ[2*p]

Rule 1166

Int[((d_) + (e_.)*(x_)^2)/((a_) + (b_.)*(x_)^2 + (c_.)*(x_)^4), x_Symbol] :> With[{q = Rt[b^2 - 4*a*c, 2]}, Di
st[e/2 + (2*c*d - b*e)/(2*q), Int[1/(b/2 - q/2 + c*x^2), x], x] + Dist[e/2 - (2*c*d - b*e)/(2*q), Int[1/(b/2 +
 q/2 + c*x^2), x], x]] /; FreeQ[{a, b, c, d, e}, x] && NeQ[b^2 - 4*a*c, 0] && NeQ[c*d^2 - a*e^2, 0] && PosQ[b^
2 - 4*a*c]

Rule 204

Int[((a_) + (b_.)*(x_)^2)^(-1), x_Symbol] :> -Simp[ArcTan[(Rt[-b, 2]*x)/Rt[-a, 2]]/(Rt[-a, 2]*Rt[-b, 2]), x] /
; FreeQ[{a, b}, x] && PosQ[a/b] && (LtQ[a, 0] || LtQ[b, 0])

Rubi steps

\begin{align*} \int \frac{1}{\left (a+8 x-8 x^2+4 x^3-x^4\right )^2} \, dx &=\operatorname{Subst}\left (\int \frac{1}{\left (3+a-2 x^2-x^4\right )^2} \, dx,x,-1+x\right )\\ &=\frac{\left (5+a+(-1+x)^2\right ) (-1+x)}{4 \left (12+7 a+a^2\right ) \left (3+a-2 (-1+x)^2-(-1+x)^4\right )}-\frac{\operatorname{Subst}\left (\int \frac{4+2 (3+a)-2 (4+4 (3+a))-2 x^2}{3+a-2 x^2-x^4} \, dx,x,-1+x\right )}{8 \left (12+7 a+a^2\right )}\\ &=\frac{\left (5+a+(-1+x)^2\right ) (-1+x)}{4 \left (12+7 a+a^2\right ) \left (3+a-2 (-1+x)^2-(-1+x)^4\right )}-\frac{\left (10+3 a-\sqrt{4+a}\right ) \operatorname{Subst}\left (\int \frac{1}{-1-\sqrt{4+a}-x^2} \, dx,x,-1+x\right )}{8 (3+a) (4+a)^{3/2}}+\frac{\left (10+3 a+\sqrt{4+a}\right ) \operatorname{Subst}\left (\int \frac{1}{-1+\sqrt{4+a}-x^2} \, dx,x,-1+x\right )}{8 (3+a) (4+a)^{3/2}}\\ &=\frac{\left (5+a+(-1+x)^2\right ) (-1+x)}{4 \left (12+7 a+a^2\right ) \left (3+a-2 (-1+x)^2-(-1+x)^4\right )}+\frac{\left (10+3 a+\sqrt{4+a}\right ) \tan ^{-1}\left (\frac{1-x}{\sqrt{1-\sqrt{4+a}}}\right )}{8 (3+a) (4+a)^{3/2} \sqrt{1-\sqrt{4+a}}}-\frac{\left (10+3 a-\sqrt{4+a}\right ) \tan ^{-1}\left (\frac{1-x}{\sqrt{1+\sqrt{4+a}}}\right )}{8 (3+a) (4+a)^{3/2} \sqrt{1+\sqrt{4+a}}}\\ \end{align*}

Mathematica [C]  time = 0.0535722, size = 150, normalized size = 0.89 \[ \frac{(x-1) \left (a+x^2-2 x+6\right )}{4 (a+3) (a+4) \left (a-x \left (x^3-4 x^2+8 x-8\right )\right )}-\frac{\text{RootSum}\left [-\text{$\#$1}^4+4 \text{$\#$1}^3-8 \text{$\#$1}^2+8 \text{$\#$1}+a\& ,\frac{\text{$\#$1}^2 \log (x-\text{$\#$1})+3 a \log (x-\text{$\#$1})-2 \text{$\#$1} \log (x-\text{$\#$1})+12 \log (x-\text{$\#$1})}{\text{$\#$1}^3-3 \text{$\#$1}^2+4 \text{$\#$1}-2}\& \right ]}{16 \left (a^2+7 a+12\right )} \]

Antiderivative was successfully verified.

[In]

Integrate[(a + 8*x - 8*x^2 + 4*x^3 - x^4)^(-2),x]

[Out]

((-1 + x)*(6 + a - 2*x + x^2))/(4*(3 + a)*(4 + a)*(a - x*(-8 + 8*x - 4*x^2 + x^3))) - RootSum[a + 8*#1 - 8*#1^
2 + 4*#1^3 - #1^4 & , (12*Log[x - #1] + 3*a*Log[x - #1] - 2*Log[x - #1]*#1 + Log[x - #1]*#1^2)/(-2 + 4*#1 - 3*
#1^2 + #1^3) & ]/(16*(12 + 7*a + a^2))

________________________________________________________________________________________

Maple [C]  time = 0.01, size = 158, normalized size = 0.9 \begin{align*}{\frac{1}{{x}^{4}-4\,{x}^{3}+8\,{x}^{2}-a-8\,x} \left ( -{\frac{{x}^{3}}{4\,{a}^{2}+28\,a+48}}+{\frac{3\,{x}^{2}}{4\,{a}^{2}+28\,a+48}}-{\frac{ \left ( 8+a \right ) x}{4\,{a}^{2}+28\,a+48}}+{\frac{6+a}{4\,{a}^{2}+28\,a+48}} \right ) }+{\frac{1}{ \left ( 48+16\,a \right ) \left ( 4+a \right ) }\sum _{{\it \_R}={\it RootOf} \left ({{\it \_Z}}^{4}-4\,{{\it \_Z}}^{3}+8\,{{\it \_Z}}^{2}-8\,{\it \_Z}-a \right ) }{\frac{ \left ( -{{\it \_R}}^{2}+2\,{\it \_R}-3\,a-12 \right ) \ln \left ( x-{\it \_R} \right ) }{{{\it \_R}}^{3}-3\,{{\it \_R}}^{2}+4\,{\it \_R}-2}}} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int(1/(-x^4+4*x^3-8*x^2+a+8*x)^2,x)

[Out]

(-1/4/(a^2+7*a+12)*x^3+3/4/(a^2+7*a+12)*x^2-1/4*(8+a)/(a^2+7*a+12)*x+1/4*(6+a)/(a^2+7*a+12))/(x^4-4*x^3+8*x^2-
a-8*x)+1/16/(3+a)/(4+a)*sum((-_R^2+2*_R-3*a-12)/(_R^3-3*_R^2+4*_R-2)*ln(x-_R),_R=RootOf(_Z^4-4*_Z^3+8*_Z^2-8*_
Z-a))

________________________________________________________________________________________

Maxima [F(-2)]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \text{Exception raised: AttributeError} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(1/(-x^4+4*x^3-8*x^2+a+8*x)^2,x, algorithm="maxima")

[Out]

Exception raised: AttributeError

________________________________________________________________________________________

Fricas [B]  time = 1.7985, size = 5716, normalized size = 33.82 \begin{align*} \text{result too large to display} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(1/(-x^4+4*x^3-8*x^2+a+8*x)^2,x, algorithm="fricas")

[Out]

-1/16*(4*x^3 - ((a^2 + 7*a + 12)*x^4 - 4*(a^2 + 7*a + 12)*x^3 - a^3 + 8*(a^2 + 7*a + 12)*x^2 - 7*a^2 - 8*(a^2
+ 7*a + 12)*x - 12*a)*sqrt((15*a^2 + (a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 1728)*sqrt((81*a^
2 + 558*a + 961)/(a^9 + 30*a^8 + 399*a^7 + 3088*a^6 + 15327*a^5 + 50598*a^4 + 111105*a^3 + 156492*a^2 + 128304
*a + 46656)) + 105*a + 184)/(a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 1728))*log(-81*a^2 + (81*a
^2 + 567*a + 992)*x + (27*a^4 + 408*a^3 + 2309*a^2 - 2*(2*a^7 + 49*a^6 + 513*a^5 + 2975*a^4 + 10321*a^3 + 2142
0*a^2 + 24624*a + 12096)*sqrt((81*a^2 + 558*a + 961)/(a^9 + 30*a^8 + 399*a^7 + 3088*a^6 + 15327*a^5 + 50598*a^
4 + 111105*a^3 + 156492*a^2 + 128304*a + 46656)) + 5800*a + 5456)*sqrt((15*a^2 + (a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847
*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 1728)*sqrt((81*a^2 + 558*a + 961)/(a^9 + 30*a^8 + 399*a^7 + 3088*a^6 + 15327*a^5 +
50598*a^4 + 111105*a^3 + 156492*a^2 + 128304*a + 46656)) + 105*a + 184)/(a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 21
96*a^2 + 3024*a + 1728)) - 567*a - 992) + ((a^2 + 7*a + 12)*x^4 - 4*(a^2 + 7*a + 12)*x^3 - a^3 + 8*(a^2 + 7*a
+ 12)*x^2 - 7*a^2 - 8*(a^2 + 7*a + 12)*x - 12*a)*sqrt((15*a^2 + (a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 +
 3024*a + 1728)*sqrt((81*a^2 + 558*a + 961)/(a^9 + 30*a^8 + 399*a^7 + 3088*a^6 + 15327*a^5 + 50598*a^4 + 11110
5*a^3 + 156492*a^2 + 128304*a + 46656)) + 105*a + 184)/(a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a +
 1728))*log(-81*a^2 + (81*a^2 + 567*a + 992)*x - (27*a^4 + 408*a^3 + 2309*a^2 - 2*(2*a^7 + 49*a^6 + 513*a^5 +
2975*a^4 + 10321*a^3 + 21420*a^2 + 24624*a + 12096)*sqrt((81*a^2 + 558*a + 961)/(a^9 + 30*a^8 + 399*a^7 + 3088
*a^6 + 15327*a^5 + 50598*a^4 + 111105*a^3 + 156492*a^2 + 128304*a + 46656)) + 5800*a + 5456)*sqrt((15*a^2 + (a
^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 1728)*sqrt((81*a^2 + 558*a + 961)/(a^9 + 30*a^8 + 399*a^
7 + 3088*a^6 + 15327*a^5 + 50598*a^4 + 111105*a^3 + 156492*a^2 + 128304*a + 46656)) + 105*a + 184)/(a^6 + 21*a
^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 1728)) - 567*a - 992) - ((a^2 + 7*a + 12)*x^4 - 4*(a^2 + 7*a + 12
)*x^3 - a^3 + 8*(a^2 + 7*a + 12)*x^2 - 7*a^2 - 8*(a^2 + 7*a + 12)*x - 12*a)*sqrt((15*a^2 - (a^6 + 21*a^5 + 183
*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 1728)*sqrt((81*a^2 + 558*a + 961)/(a^9 + 30*a^8 + 399*a^7 + 3088*a^6 + 15
327*a^5 + 50598*a^4 + 111105*a^3 + 156492*a^2 + 128304*a + 46656)) + 105*a + 184)/(a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 84
7*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 1728))*log(-81*a^2 + (81*a^2 + 567*a + 992)*x + (27*a^4 + 408*a^3 + 2309*a^2 + 2*(
2*a^7 + 49*a^6 + 513*a^5 + 2975*a^4 + 10321*a^3 + 21420*a^2 + 24624*a + 12096)*sqrt((81*a^2 + 558*a + 961)/(a^
9 + 30*a^8 + 399*a^7 + 3088*a^6 + 15327*a^5 + 50598*a^4 + 111105*a^3 + 156492*a^2 + 128304*a + 46656)) + 5800*
a + 5456)*sqrt((15*a^2 - (a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 1728)*sqrt((81*a^2 + 558*a +
961)/(a^9 + 30*a^8 + 399*a^7 + 3088*a^6 + 15327*a^5 + 50598*a^4 + 111105*a^3 + 156492*a^2 + 128304*a + 46656))
 + 105*a + 184)/(a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 1728)) - 567*a - 992) + ((a^2 + 7*a +
12)*x^4 - 4*(a^2 + 7*a + 12)*x^3 - a^3 + 8*(a^2 + 7*a + 12)*x^2 - 7*a^2 - 8*(a^2 + 7*a + 12)*x - 12*a)*sqrt((1
5*a^2 - (a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 1728)*sqrt((81*a^2 + 558*a + 961)/(a^9 + 30*a^
8 + 399*a^7 + 3088*a^6 + 15327*a^5 + 50598*a^4 + 111105*a^3 + 156492*a^2 + 128304*a + 46656)) + 105*a + 184)/(
a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 1728))*log(-81*a^2 + (81*a^2 + 567*a + 992)*x - (27*a^4
 + 408*a^3 + 2309*a^2 + 2*(2*a^7 + 49*a^6 + 513*a^5 + 2975*a^4 + 10321*a^3 + 21420*a^2 + 24624*a + 12096)*sqrt
((81*a^2 + 558*a + 961)/(a^9 + 30*a^8 + 399*a^7 + 3088*a^6 + 15327*a^5 + 50598*a^4 + 111105*a^3 + 156492*a^2 +
 128304*a + 46656)) + 5800*a + 5456)*sqrt((15*a^2 - (a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 17
28)*sqrt((81*a^2 + 558*a + 961)/(a^9 + 30*a^8 + 399*a^7 + 3088*a^6 + 15327*a^5 + 50598*a^4 + 111105*a^3 + 1564
92*a^2 + 128304*a + 46656)) + 105*a + 184)/(a^6 + 21*a^5 + 183*a^4 + 847*a^3 + 2196*a^2 + 3024*a + 1728)) - 56
7*a - 992) + 4*(a + 8)*x - 12*x^2 - 4*a - 24)/((a^2 + 7*a + 12)*x^4 - 4*(a^2 + 7*a + 12)*x^3 - a^3 + 8*(a^2 +
7*a + 12)*x^2 - 7*a^2 - 8*(a^2 + 7*a + 12)*x - 12*a)

________________________________________________________________________________________

Sympy [B]  time = 4.60528, size = 292, normalized size = 1.73 \begin{align*} - \frac{- a + x^{3} - 3 x^{2} + x \left (a + 8\right ) - 6}{- 4 a^{3} - 28 a^{2} - 48 a + x^{4} \left (4 a^{2} + 28 a + 48\right ) + x^{3} \left (- 16 a^{2} - 112 a - 192\right ) + x^{2} \left (32 a^{2} + 224 a + 384\right ) + x \left (- 32 a^{2} - 224 a - 384\right )} + \operatorname{RootSum}{\left (t^{4} \left (65536 a^{9} + 2162688 a^{8} + 31653888 a^{7} + 269680640 a^{6} + 1473773568 a^{5} + 5357174784 a^{4} + 12952010752 a^{3} + 20082327552 a^{2} + 18119393280 a + 7247757312\right ) + t^{2} \left (- 7680 a^{5} - 145920 a^{4} - 1107968 a^{3} - 4202496 a^{2} - 7962624 a - 6029312\right ) - 81 a^{2} - 576 a - 1024, \left ( t \mapsto t \log{\left (x + \frac{- 16384 t^{3} a^{7} - 401408 t^{3} a^{6} - 4202496 t^{3} a^{5} - 24371200 t^{3} a^{4} - 84549632 t^{3} a^{3} - 175472640 t^{3} a^{2} - 201719808 t^{3} a - 99090432 t^{3} + 432 t a^{4} + 7488 t a^{3} + 47024 t a^{2} + 128096 t a + 128512 t - 81 a^{2} - 567 a - 992}{81 a^{2} + 567 a + 992} \right )} \right )\right )} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(1/(-x**4+4*x**3-8*x**2+a+8*x)**2,x)

[Out]

-(-a + x**3 - 3*x**2 + x*(a + 8) - 6)/(-4*a**3 - 28*a**2 - 48*a + x**4*(4*a**2 + 28*a + 48) + x**3*(-16*a**2 -
 112*a - 192) + x**2*(32*a**2 + 224*a + 384) + x*(-32*a**2 - 224*a - 384)) + RootSum(_t**4*(65536*a**9 + 21626
88*a**8 + 31653888*a**7 + 269680640*a**6 + 1473773568*a**5 + 5357174784*a**4 + 12952010752*a**3 + 20082327552*
a**2 + 18119393280*a + 7247757312) + _t**2*(-7680*a**5 - 145920*a**4 - 1107968*a**3 - 4202496*a**2 - 7962624*a
 - 6029312) - 81*a**2 - 576*a - 1024, Lambda(_t, _t*log(x + (-16384*_t**3*a**7 - 401408*_t**3*a**6 - 4202496*_
t**3*a**5 - 24371200*_t**3*a**4 - 84549632*_t**3*a**3 - 175472640*_t**3*a**2 - 201719808*_t**3*a - 99090432*_t
**3 + 432*_t*a**4 + 7488*_t*a**3 + 47024*_t*a**2 + 128096*_t*a + 128512*_t - 81*a**2 - 567*a - 992)/(81*a**2 +
 567*a + 992))))

________________________________________________________________________________________

Giac [F(-2)]  time = 0., size = 0, normalized size = 0. \begin{align*} \text{Exception raised: RuntimeError} \end{align*}

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(1/(-x^4+4*x^3-8*x^2+a+8*x)^2,x, algorithm="giac")

[Out]

Exception raised: RuntimeError