Γενικευμένο ολοκλήρωμα 9

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Γενικευμένο ολοκλήρωμα 9

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος » Παρ Ιούλ 04, 2014 5:14 pm

Ας υπολογισθεί το ακόλουθο ολοκλήρωμα:

\displaystyle{\int_0^1\sqrt{4x-4x^2}\cdot\mathrm{tanh}^{-1}\left(\sqrt{4x-4x^2}\right)\,dx}.


Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένο ολοκλήρωμα 9

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Σάβ Ιούλ 05, 2014 7:39 pm

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:Ας υπολογισθεί το ακόλουθο ολοκλήρωμα: \displaystyle{\int_0^1\sqrt{4x-4x^2}\cdot\mathrm{tanh}^{-1}\left(\sqrt{4x-4x^2}\right)\,dx}.
Κάπως συνοπτικά .. :)
\displaystyle{\int\limits_0^1 {\sqrt {4x - 4{x^2}}  \cdot {{\tanh }^{ - 1}}\left( {\sqrt {4x - 4{x^2}} } \right)dx}  = 2\int\limits_0^{1/2} {\sqrt {4x - 4{x^2}}  \cdot {{\tanh }^{ - 1}}\left( {\sqrt {4x - 4{x^2}} } \right)dx}  = \mathop  = \limits^{\sqrt {4x - 4{x^2}}  = y}  = }

\displaystyle{ = \int\limits_0^1 {\frac{{{y^2}}}{{\sqrt {1 - {y^2}} }} \cdot {{\tanh }^{ - 1}}\left( y \right)dy}  = \frac{1}{2}\int\limits_0^1 {\frac{{{y^2}}}{{\sqrt {1 - {y^2}} }} \cdot \log \frac{{1 + y}}{{1 - y}}dy}  = \mathop  = \limits^{y = \cos x}  = \frac{1}{2}\int\limits_0^{\pi /2} {{{\cos }^2}x \cdot \log \frac{{1 + \cos x}}{{1 - \cos x}}dx}  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{2}\int\limits_0^{\pi /2} {{{\cos }^2}x \cdot \left( {\log \left( {2{{\cos }^2}\frac{x}{2}} \right) - \log \left( {2{{\sin }^2}\frac{x}{2}} \right)} \right)dx}  = \int\limits_0^{\pi /2} {{{\cos }^2}x \cdot \left( {\log \left( {\cos \frac{x}{2}} \right) - \log \left( {\sin \frac{x}{2}} \right)} \right)dx}  = }

\displaystyle{ = \int\limits_0^{\pi /2} {{{\cos }^2}x \cdot \left( {\log \left( {2\cos \frac{x}{2}} \right) - \log \left( {2\sin \frac{x}{2}} \right)} \right)dx}  = \int\limits_0^{\pi /2} {{{\cos }^2}x \cdot \left( {\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^{n - 1}}\cos nx}}{n}}  + \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos nx}}{n}} } \right)dx}  = }

\displaystyle{ = 2\int\limits_0^{\pi /2} {{{\cos }^2}x\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos \left( {2n - 1} \right)x}}{{2n - 1}}} \,dx}  = 2\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{2n - 1}}\int\limits_0^{\pi /2} {{{\cos }^2}x\cos \left( {2n - 1} \right)x\,dx} }  = }

\displaystyle{ = \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{2n - 1}}\int\limits_0^{\pi /2} {\left( {1 + \cos 2x} \right)\cos \left( {2n - 1} \right)x\,dx} }  = \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{2n - 1}}\left( {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^{n - 1}}}}{{2n - 1}} + \frac{{{{\left( { - 1} \right)}^n}\left( {2n - 1} \right)}}{{\left( {2n + 1} \right)\left( {2n - 3} \right)}}} \right)}  = }

\displaystyle{ = \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^{n - 1}}}}{{{{\left( {2n - 1} \right)}^2}}}}  + \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^n}}}{{\left( {2n + 1} \right)\left( {2n - 3} \right)}}}  = \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^{n - 1}}}}{{{{\left( {2n - 1} \right)}^2}}}}  + \frac{1}{4}\left( {\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^n}}}{{2n - 3}}}  - \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^n}}}{{2n + 1}}} } \right) = }

\displaystyle{ = \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^{n - 1}}}}{{{{\left( {2n - 1} \right)}^2}}}}  + \frac{1}{4}\sum\limits_{n = 1}^2 {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^n}}}{{2n - 3}}}  \Rightarrow \boxed{\int\limits_0^1 {\sqrt {4x - 4{x^2}}  \cdot {{\tanh }^{ - 1}}\left( {\sqrt {4x - 4{x^2}} } \right)dx}  = G + \frac{1}{2}}}

όπου \displaystyle{G} η σταθερά του Catalan και θεωρώντας γνωστό ότι \displaystyle{\log \left( {2\sin \frac{x}{2}} \right) =  - \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos nx}}{n}} } και ότι \displaystyle{\log \left( {2\cos \frac{x}{2}} \right) = \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^{n - 1}}\cos nx}}{n}} }


Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένο ολοκλήρωμα 9

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος » Σάβ Ιούλ 05, 2014 8:18 pm

Ωραία Σεραφείμ! Δυο ακόμα λύσεις εδώ σελ. 11-12.


Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Απάντηση

Επιστροφή σε “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 2 επισκέπτες