Насколько правомерно сократить

и

, тем самым превратив интеграл в интеграл по

?
Правомерно. Но это Вам ничего не даст, как верно заметил
bot.
Вот если бы интеграл имел, например, такой вид:

то его указанным способом можно было бы привести к виду

и затем вычислить. То есть приём работает, если в интеграле нет свободных

, т.е. все

сидят внутри

. В Вашем же интеграле


сидит не только внутри

, но и внутри какого-то

, а под корнем - в свободном виде. И если Вы будете "сокращать" здесь на

и тем самым приводить к интегралу по

, то самое хорошее, что у Вас в принципе может получиться (и то если зависимость между

и

взаимно однозначная) - это

Понимаете? Когда Вы будете брать этот интеграл, Вы не можете

считать константой, хотя и берёте интеграл по

. Потому что, раз

зависит от

, то в этом интеграле, наоборот,

будет зависеть от

. И если эта зависимость неизвестна, то дело плохо.