3.1030 \(\int \sec ^2(e+f x) (a+a \sin (e+f x))^m (A+B \sin (e+f x)) \, dx\)

Optimal. Leaf size=123 \[ \frac {2^{m-\frac {1}{2}} (A (1-m)-B m) \sec (e+f x) (\sin (e+f x)+1)^{\frac {1}{2}-m} (a \sin (e+f x)+a)^m \, _2F_1\left (-\frac {1}{2},\frac {3}{2}-m;\frac {1}{2};\frac {1}{2} (1-\sin (e+f x))\right )}{f (1-m)}+\frac {B \sec (e+f x) (a \sin (e+f x)+a)^m}{f (1-m)} \]

[Out]

B*sec(f*x+e)*(a+a*sin(f*x+e))^m/f/(1-m)+2^(-1/2+m)*(A*(1-m)-B*m)*hypergeom([-1/2, 3/2-m],[1/2],1/2-1/2*sin(f*x
+e))*sec(f*x+e)*(1+sin(f*x+e))^(1/2-m)*(a+a*sin(f*x+e))^m/f/(1-m)

________________________________________________________________________________________

Rubi [A]  time = 0.19, antiderivative size = 123, normalized size of antiderivative = 1.00, number of steps used = 4, number of rules used = 4, integrand size = 31, \(\frac {\text {number of rules}}{\text {integrand size}}\) = 0.129, Rules used = {2860, 2689, 70, 69} \[ \frac {2^{m-\frac {1}{2}} (A (1-m)-B m) \sec (e+f x) (\sin (e+f x)+1)^{\frac {1}{2}-m} (a \sin (e+f x)+a)^m \, _2F_1\left (-\frac {1}{2},\frac {3}{2}-m;\frac {1}{2};\frac {1}{2} (1-\sin (e+f x))\right )}{f (1-m)}+\frac {B \sec (e+f x) (a \sin (e+f x)+a)^m}{f (1-m)} \]

Antiderivative was successfully verified.

[In]

Int[Sec[e + f*x]^2*(a + a*Sin[e + f*x])^m*(A + B*Sin[e + f*x]),x]

[Out]

(B*Sec[e + f*x]*(a + a*Sin[e + f*x])^m)/(f*(1 - m)) + (2^(-1/2 + m)*(A*(1 - m) - B*m)*Hypergeometric2F1[-1/2,
3/2 - m, 1/2, (1 - Sin[e + f*x])/2]*Sec[e + f*x]*(1 + Sin[e + f*x])^(1/2 - m)*(a + a*Sin[e + f*x])^m)/(f*(1 -
m))

Rule 69

Int[((a_) + (b_.)*(x_))^(m_)*((c_) + (d_.)*(x_))^(n_), x_Symbol] :> Simp[((a + b*x)^(m + 1)*Hypergeometric2F1[
-n, m + 1, m + 2, -((d*(a + b*x))/(b*c - a*d))])/(b*(m + 1)*(b/(b*c - a*d))^n), x] /; FreeQ[{a, b, c, d, m, n}
, x] && NeQ[b*c - a*d, 0] &&  !IntegerQ[m] &&  !IntegerQ[n] && GtQ[b/(b*c - a*d), 0] && (RationalQ[m] ||  !(Ra
tionalQ[n] && GtQ[-(d/(b*c - a*d)), 0]))

Rule 70

Int[((a_) + (b_.)*(x_))^(m_)*((c_) + (d_.)*(x_))^(n_), x_Symbol] :> Dist[(c + d*x)^FracPart[n]/((b/(b*c - a*d)
)^IntPart[n]*((b*(c + d*x))/(b*c - a*d))^FracPart[n]), Int[(a + b*x)^m*Simp[(b*c)/(b*c - a*d) + (b*d*x)/(b*c -
 a*d), x]^n, x], x] /; FreeQ[{a, b, c, d, m, n}, x] && NeQ[b*c - a*d, 0] &&  !IntegerQ[m] &&  !IntegerQ[n] &&
(RationalQ[m] ||  !SimplerQ[n + 1, m + 1])

Rule 2689

Int[(cos[(e_.) + (f_.)*(x_)]*(g_.))^(p_)*((a_) + (b_.)*sin[(e_.) + (f_.)*(x_)])^(m_.), x_Symbol] :> Dist[(a^2*
(g*Cos[e + f*x])^(p + 1))/(f*g*(a + b*Sin[e + f*x])^((p + 1)/2)*(a - b*Sin[e + f*x])^((p + 1)/2)), Subst[Int[(
a + b*x)^(m + (p - 1)/2)*(a - b*x)^((p - 1)/2), x], x, Sin[e + f*x]], x] /; FreeQ[{a, b, e, f, g, m, p}, x] &&
 EqQ[a^2 - b^2, 0] &&  !IntegerQ[m]

Rule 2860

Int[(cos[(e_.) + (f_.)*(x_)]*(g_.))^(p_)*((a_) + (b_.)*sin[(e_.) + (f_.)*(x_)])^(m_.)*((c_.) + (d_.)*sin[(e_.)
 + (f_.)*(x_)]), x_Symbol] :> -Simp[(d*(g*Cos[e + f*x])^(p + 1)*(a + b*Sin[e + f*x])^m)/(f*g*(m + p + 1)), x]
+ Dist[(a*d*m + b*c*(m + p + 1))/(b*(m + p + 1)), Int[(g*Cos[e + f*x])^p*(a + b*Sin[e + f*x])^m, x], x] /; Fre
eQ[{a, b, c, d, e, f, g, m, p}, x] && EqQ[a^2 - b^2, 0] && NeQ[m + p + 1, 0]

Rubi steps

\begin {align*} \int \sec ^2(e+f x) (a+a \sin (e+f x))^m (A+B \sin (e+f x)) \, dx &=\frac {B \sec (e+f x) (a+a \sin (e+f x))^m}{f (1-m)}+\left (A-\frac {B m}{1-m}\right ) \int \sec ^2(e+f x) (a+a \sin (e+f x))^m \, dx\\ &=\frac {B \sec (e+f x) (a+a \sin (e+f x))^m}{f (1-m)}+\frac {\left (a^2 \left (A-\frac {B m}{1-m}\right ) \sec (e+f x) \sqrt {a-a \sin (e+f x)} \sqrt {a+a \sin (e+f x)}\right ) \operatorname {Subst}\left (\int \frac {(a+a x)^{-\frac {3}{2}+m}}{(a-a x)^{3/2}} \, dx,x,\sin (e+f x)\right )}{f}\\ &=\frac {B \sec (e+f x) (a+a \sin (e+f x))^m}{f (1-m)}+\frac {\left (2^{-\frac {3}{2}+m} a \left (A-\frac {B m}{1-m}\right ) \sec (e+f x) \sqrt {a-a \sin (e+f x)} (a+a \sin (e+f x))^m \left (\frac {a+a \sin (e+f x)}{a}\right )^{\frac {1}{2}-m}\right ) \operatorname {Subst}\left (\int \frac {\left (\frac {1}{2}+\frac {x}{2}\right )^{-\frac {3}{2}+m}}{(a-a x)^{3/2}} \, dx,x,\sin (e+f x)\right )}{f}\\ &=\frac {B \sec (e+f x) (a+a \sin (e+f x))^m}{f (1-m)}+\frac {2^{-\frac {1}{2}+m} \left (A-\frac {B m}{1-m}\right ) \, _2F_1\left (-\frac {1}{2},\frac {3}{2}-m;\frac {1}{2};\frac {1}{2} (1-\sin (e+f x))\right ) \sec (e+f x) (1+\sin (e+f x))^{\frac {1}{2}-m} (a+a \sin (e+f x))^m}{f}\\ \end {align*}

________________________________________________________________________________________

Mathematica [C]  time = 6.55, size = 3925, normalized size = 31.91 \[ \text {Result too large to show} \]

Warning: Unable to verify antiderivative.

[In]

Integrate[Sec[e + f*x]^2*(a + a*Sin[e + f*x])^m*(A + B*Sin[e + f*x]),x]

[Out]

-1/4*((A + B)*(Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]*(a + a*Sin[e + f*x])^m*(-(AppellF1[-
1/2, -2*m, 2*m, 1/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*
m)) + (3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Tan[(-e + Pi/2
 - f*x)/4]^2*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]
^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e
+ Pi/2 - f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^
2])*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)))/(f*(Cos[Pi/4 + (e - Pi/2 + f*x)/2] - Sin[Pi/4 + (e - Pi/2 + f*x)/2])^2*(-1/2
*(m*(Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*(-(AppellF1[-1/2, -2*m, 2*m, 1/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e
+ Pi/2 - f*x)/4]^2]*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)) + (3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*
x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(3*Ap
pellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1 -
2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Ta
n[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2))) - ((Cos[(-e + Pi/2 - f*x
)/4]^2)^(2*m)*Csc[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*(-(AppellF1[-1/2, -2*m, 2*m, 1/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-
e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)) + (3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 -
f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(3*
AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1
- 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2,
Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)))/8 + ((Cos[(-e + Pi/2 -
 f*x)/4]^2)^(2*m)*Cot[(-e + Pi/2 - f*x)/4]*(-(m*AppellF1[-1/2, -2*m, 2*m, 1/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Ta
n[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*(Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]) - (Sec[(-e + Pi/2 - f*x
)/4]^2)^(2*m)*(m*AppellF1[1/2, 1 - 2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec
[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4] + m*AppellF1[1/2, -2*m, 1 + 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4
]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]) + (3*AppellF1[1/2, -2*m
, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2
 - f*x)/4]*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(2*(3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4
]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e
 + Pi/2 - f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]
^2])*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)) + (3*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*(-1/3*(m*AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Ta
n[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]) -
(m*AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 -
 f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/3)*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m))/(3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/
2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e +
Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2,
 -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2) - (3*m*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2
 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^3*(1 - Tan[(-e
+ Pi/2 - f*x)/4]^2)^(-1 + 2*m))/(3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 -
 f*x)/4]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] +
 AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Tan[(-e + Pi/2 -
f*x)/4]^2) - (3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Tan[(-e
 + Pi/2 - f*x)/4]^2*(1 - Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2)^(2*m)*(-2*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + P
i/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2,
-Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4] + 3*(-1/3*(m*AppellF1[3/2, 1
 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e
+ Pi/2 - f*x)/4]) - (m*AppellF1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]
^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/3) - 4*m*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*((-6*m*AppellF1[5
/2, 1 - 2*m, 1 + 2*m, 7/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2
*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/5 + (3*(1 - 2*m)*AppellF1[5/2, 2 - 2*m, 2*m, 7/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[
(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4])/10 - (3*(1 + 2*m)*AppellF1[5/2, -
2*m, 2 + 2*m, 7/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2]*Sec[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2*Tan[(-e
 + Pi/2 - f*x)/4])/10)))/(3*AppellF1[1/2, -2*m, 2*m, 3/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4
]^2] - 4*m*(AppellF1[3/2, 1 - 2*m, 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2] + Appell
F1[3/2, -2*m, 1 + 2*m, 5/2, Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2, -Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]^2])*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/4]
^2)^2))/2)) + ((A - B)*Hypergeometric2F1[1/2, (-1 + 2*m)/2, (1 + 2*m)/2, Cos[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^2]*(a + a*Si
n[e + f*x])^m*Tan[(-e + Pi/2 - f*x)/2])/(2*f*(-1 + 2*m)*Sqrt[Sin[(-e + Pi/2 - f*x)/2]^2])

________________________________________________________________________________________

fricas [F]  time = 0.74, size = 0, normalized size = 0.00 \[ {\rm integral}\left ({\left (B \sec \left (f x + e\right )^{2} \sin \left (f x + e\right ) + A \sec \left (f x + e\right )^{2}\right )} {\left (a \sin \left (f x + e\right ) + a\right )}^{m}, x\right ) \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(sec(f*x+e)^2*(a+a*sin(f*x+e))^m*(A+B*sin(f*x+e)),x, algorithm="fricas")

[Out]

integral((B*sec(f*x + e)^2*sin(f*x + e) + A*sec(f*x + e)^2)*(a*sin(f*x + e) + a)^m, x)

________________________________________________________________________________________

giac [F]  time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \[ \int {\left (B \sin \left (f x + e\right ) + A\right )} {\left (a \sin \left (f x + e\right ) + a\right )}^{m} \sec \left (f x + e\right )^{2}\,{d x} \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(sec(f*x+e)^2*(a+a*sin(f*x+e))^m*(A+B*sin(f*x+e)),x, algorithm="giac")

[Out]

integrate((B*sin(f*x + e) + A)*(a*sin(f*x + e) + a)^m*sec(f*x + e)^2, x)

________________________________________________________________________________________

maple [F]  time = 0.76, size = 0, normalized size = 0.00 \[ \int \left (\sec ^{2}\left (f x +e \right )\right ) \left (a +a \sin \left (f x +e \right )\right )^{m} \left (A +B \sin \left (f x +e \right )\right )\, dx \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int(sec(f*x+e)^2*(a+a*sin(f*x+e))^m*(A+B*sin(f*x+e)),x)

[Out]

int(sec(f*x+e)^2*(a+a*sin(f*x+e))^m*(A+B*sin(f*x+e)),x)

________________________________________________________________________________________

maxima [F]  time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \[ \int {\left (B \sin \left (f x + e\right ) + A\right )} {\left (a \sin \left (f x + e\right ) + a\right )}^{m} \sec \left (f x + e\right )^{2}\,{d x} \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(sec(f*x+e)^2*(a+a*sin(f*x+e))^m*(A+B*sin(f*x+e)),x, algorithm="maxima")

[Out]

integrate((B*sin(f*x + e) + A)*(a*sin(f*x + e) + a)^m*sec(f*x + e)^2, x)

________________________________________________________________________________________

mupad [F]  time = 0.00, size = -1, normalized size = -0.01 \[ \int \frac {\left (A+B\,\sin \left (e+f\,x\right )\right )\,{\left (a+a\,\sin \left (e+f\,x\right )\right )}^m}{{\cos \left (e+f\,x\right )}^2} \,d x \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

int(((A + B*sin(e + f*x))*(a + a*sin(e + f*x))^m)/cos(e + f*x)^2,x)

[Out]

int(((A + B*sin(e + f*x))*(a + a*sin(e + f*x))^m)/cos(e + f*x)^2, x)

________________________________________________________________________________________

sympy [F(-1)]  time = 0.00, size = 0, normalized size = 0.00 \[ \text {Timed out} \]

Verification of antiderivative is not currently implemented for this CAS.

[In]

integrate(sec(f*x+e)**2*(a+a*sin(f*x+e))**m*(A+B*sin(f*x+e)),x)

[Out]

Timed out

________________________________________________________________________________________