Q.

For 0<a<1, the value of the integral ∫0πdx1-2acosx+a2 is       [2024]

1 π1-a2  
2 π1+a2  
3 π2π+a2  
4 π2π-a2  

Ans.

(1)

Let I=∫0πdx1+a2-2acosx

=∫0πdx1+a2-2a(1-tan2x21+tan2x2)

=∫0πsec2x2dx(1+a2)(1+tan2x2)-2a(1-tan2x2)

Let tanx2=t ⇒ sec2x2 dx=2 dt

I=2∫0∞dt(1+a2)(1+t2)-2a+2at2

=2∫0∞dt1+a2+t2+a2t2-2a+2at2

=2∫0∞dt(1+a2-2a)+(t2+a2t2+2at2)

I=2∫0∞dt(1-a)2+(t+at)2

Let t+at=u ⇒ dt+a dt=du

⇒I=2a+1∫0∞du(1-a)2+u2=2(a+1)×11-a×[tan-1(u1-a)]0∞

=21-a2×π2=π1-a2