απογευματινό ολοκλήρωμα 15

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Άβαταρ μέλους
mathxl
Δημοσιεύσεις: 6736
Εγγραφή: Τρί Δεκ 23, 2008 3:49 pm
Τοποθεσία: Σιδηρόκαστρο
Επικοινωνία:

απογευματινό ολοκλήρωμα 15

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από mathxl » Παρ Ιούλ 23, 2010 7:20 pm

Να υπολογίσετε το
\displaystyle\int_{0}^{1}\int_{0}^{1}\ln(\sin^2(\pi x) + \sin^2(\pi y)) \,dx\,dy


Ποτε δεν κάνω λάθος! Μια φορά νομιζα πως είχα κάνει, αλλά τελικά έκανα λάθος!
Απ' τα τσακάλια δεν γλυτώνεις μ' ευχές η παρακάλια. Κ. Βάρναλης
Aπέναντι στις αξίες σου να είσαι ανυποχώρητος

Ενεργό μέλος από 23-12-2008 ως και 17-8-2014 (δεν θα απαντήσω σε πμ)

Λέξεις Κλειδιά:
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: απογευματινό ολοκλήρωμα 15

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Σάβ Σεπ 04, 2010 9:35 pm

:clap2: :clap2: Πολύ ζόρικο!!

Λήμμα 1

\displaystyle{\mathbf{I = \int\limits_0^1 {\frac{1}{{{{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot x} \right) + a}} \cdot dx=} \mathop  {.......} \limits^\big{{\pi  \cdot x = u}} {\rm{ }}=\frac{1}{\pi } \cdot \int\limits_0^\pi  {\frac{1}{{{{\sin }^2}\left( u \right) + a}} \cdot du}  = \frac{2}{\pi } \cdot \int\limits_0^{\pi /2} {\frac{1}{{{{\sin }^2}\left( u \right) + a}} \cdot du=} \mathop  {.......} \limits^{\big{\tan \left( u \right) = y}}= \frac{2}{\pi } \cdot \int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{\left( {1 + a} \right) \cdot {y^2} + a}} \cdot dy}  = }}

\displaystyle{\mathbf{ = \dfrac{2}{{\pi  \cdot \left( {1 + a} \right)}} \cdot \int\limits_0^\infty  {\dfrac{1}{{{y^2} + \dfrac{a}{{1 + a}}}} \cdot dy}  = \mathop  {.......} \limits^\big{{y = \sqrt {\dfrac{a}{{1 + a}}}}  \cdot w} =\dfrac{2}{{\pi  \cdot \left( {1 + a} \right)}} \cdot \int\limits_0^\infty  {\dfrac{1}{{\dfrac{a}{{1 + a}} \cdot \left( {1 + {w^2}} \right)}} \cdot \sqrt {\dfrac{a}{{1 + a}}}  \cdot dw}  = \dfrac{1}{{\sqrt {a \cdot \left( {1 + a} \right)} }}}}

Τότε Λήμμα 2 \displaystyle{\mathbf{\int\limits_0^1 {\frac{1}{{{{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot x} \right) + {{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot y} \right)}} \cdot dx}  = \frac{1}{{\sin \left( {\pi  \cdot y} \right)\sqrt {1 + {{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot y} \right)} }}}}

\displaystyle{\mathbf{f\left( y \right) = \int\limits_0^1 {\ln \left( {{{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot x} \right) + {{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot y} \right)} \right) \cdot dx} }}

τότε \displaystyle{\mathbf{f'\left( y \right) = 2 \cdot \pi  \cdot \sin \left( {\pi  \cdot y} \right) \cdot \cos \left( {\pi  \cdot y} \right) \cdot \int\limits_0^1 {\frac{1}{{{{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot x} \right) + {{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot y} \right)}} \cdot dx}  = \frac{{2 \cdot \pi  \cdot \sin \left( {\pi  \cdot y} \right) \cdot \cos \left( {\pi  \cdot y} \right)}}{{\sin \left( {\pi  \cdot y} \right)\sqrt {1 + {{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot y} \right)} }} = \frac{{2 \cdot \pi  \cdot \cos \left( {\pi  \cdot y} \right)}}{{\sqrt {1 + {{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot y} \right)} }}}}


Άρα \displaystyle{\mathbf{f\left( y \right) = 2 \cdot \pi  \cdot \int {\frac{{\cos \left( {\pi  \cdot y} \right)}}{{\sqrt {1 + {{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot y} \right)} }}}  \cdot dy\mathop  = \limits^{\pi  \cdot y = w} 2 \cdot \int {\frac{{\cos \left( w \right)}}{{\sqrt {1 + {{\sin }^2}\left( w \right)} }}}  \cdot dw\mathop  = \limits^{\sin \left( w \right) = v} 2 \cdot \int {\frac{1}{{\sqrt {1 + {v^2}} }}}  \cdot dv = 2 \cdot \ln \left( {v + \sqrt {1 + {v^2}} } \right) + c \Rightarrow }}

\displaystyle{\mathbf{f\left( y \right) = 2 \cdot \ln \left( {\sin \left( {\pi  \cdot y} \right) + \sqrt {1 + {{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot y} \right)} } \right) + c}} με \displaystyle{\mathbf{c = f\left( 1 \right) }}

Για \displaystyle{\mathbf{y = 1:f\left( 1 \right) = 2 \cdot \int\limits_0^1 {\ln \left( {\sin \left( {\pi  \cdot x} \right)} \right) \cdot dx}  =  - 2 \cdot \ln \left( 2 \right)}} (εύκολο) ..
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Άρα \displaystyle{\mathbf{ \int\limits_0^1 {\ln \left( {{{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot x} \right) + {{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot y} \right)} \right) \cdot dx}  = 2 \cdot \ln \left( {\sin \left( {\pi  \cdot y} \right) + \sqrt {1 + {{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot y} \right)} } \right) - 2 \cdot \ln \left( 2 \right)}}
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Τότε \displaystyle{\mathbf{\int\limits_0^1 {\left( {\int\limits_0^1 {\ln \left( {{{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot x} \right) + {{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot y} \right)} \right) \cdot dx} } \right) \cdot dy}  = \frac{2}{\pi } \cdot \int\limits_0^\pi  {\ln \left( {\sin \left( y \right) + \sqrt {1 + {{\sin }^2}\left( y \right)} } \right) \cdot dy}  - 2 \cdot \ln \left( 2 \right)}}

Όμως \displaystyle{\mathbf{\int\limits_0^\pi  {\ln \left( {\sin \left( y \right) + \sqrt {1 + {{\sin }^2}\left( y \right)} } \right) \cdot dy}  = 2 \cdot G}} όπου \displaystyle{\mathbf{G \approx 0.915{\rm{ }}965{\rm{ }}594{\rm{ }}177{\rm{ }}219{\rm{ }}...}} είναι η σταθερά του Catalan.

Τελικά \displaystyle{\mathbf{\int\limits_0^1 {\left( {\int\limits_0^1 {\ln \left( {{{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot x} \right) + {{\sin }^2}\left( {\pi  \cdot y} \right)} \right) \cdot dx} } \right) \cdot dy}  =  - 2 \cdot \ln \left( 2 \right) + \frac{{4 \cdot G}}{\pi }}}

Για την σταθερά του Catalan εδώ http://en.wikipedia.org/wiki/Catalan%27s_constant και εδώ http://www.cs.cmu.edu/~adamchik/article ... atalan.htm


Σεραφείμ Τσιπέλης
Απάντηση

Επιστροφή σε “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Bing [Bot] και 8 επισκέπτες