Ολοκλήρωμα με διλογάριθμο

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Άβαταρ μέλους
Tolaso J Kos
Δημοσιεύσεις: 5550
Εγγραφή: Κυρ Αύγ 05, 2012 10:09 pm
Τοποθεσία: International
Επικοινωνία:

Ολοκλήρωμα με διλογάριθμο

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Tolaso J Kos » Τετ Αύγ 24, 2016 11:11 pm

Έστω \mathbb{N} \ni s \geq 2 και έστω s άρτιος. και ας δηλώσουμε τον διλογάριθμο με {\rm Li}_2 και το τριλογάριθμο με {\rm Li}_3. Τότε δείξατε ότι
\displaystyle{\int_0^{\infty} \frac{x^{s/2-1}{\rm Li}_2(-x)}{1+x^s}\, {\rm d}x}=- \frac{\pi^3}{4} \left( \frac1{3 s}+ \frac1{ s^3}\right) Ερώτηση: Τι μπορούμε να πούμε για το παρόμοιο
\displaystyle{\mathcal{J}=\int_0^{\infty}  \frac{x^{s/2-1}{\rm Li}_3(-x)}{1+x^s}\, {\rm d}x}}


Η φαντασία είναι σημαντικότερη από τη γνώση !
\displaystyle{{\color{blue}\mathbf{Life=\int_{birth}^{death}\frac{happiness}{time}\Delta time} }}
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Ολοκλήρωμα με διλογάριθμο

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Σάβ Αύγ 27, 2016 12:49 am

Tolaso J Kos έγραψε:Έστω \mathbb{N} \ni s \geq 2 και έστω s άρτιος. και ας δηλώσουμε τον διλογάριθμο με {\rm Li}_2 και το τριλογάριθμο με {\rm Li}_3. Τότε δείξατε ότι

\displaystyle{\int_0^{\infty} \frac{x^{s/2-1}{\rm Li}_2(-x)}{1+x^s}\, {\rm d}x}=- \frac{\pi^3}{4} \left( \frac1{3 s}+ \frac1{ s^3}\right)
\displaystyle{I = \int\limits_0^\infty  {\frac{{{x^{s/2 - 1}}L{i_2}\left( { - x} \right)}}{{1 + {x^s}}}dx} \mathop { =  =  =  =  =  =  =  = }\limits^{x = 1/y} \int\limits_0^\infty  {\frac{{{x^{s/2 - 1}}L{i_2}\left( { - \frac{1}{x}} \right)}}{{1 + {x^s}}}dx} }

Τότε \displaystyle{2 \cdot I = \int\limits_0^\infty  {\frac{{{x^{s/2 - 1}}\left( {L{i_2}\left( { - x} \right) + L{i_2}\left( { - \frac{1}{x}} \right)} \right)}}{{1 + {x^s}}}dx}  = \int\limits_0^\infty  {\frac{{{x^{s/2 - 1}}\left( { - \frac{1}{2}{{\log }^2}x - \frac{{{\pi ^2}}}{6}} \right)}}{{1 + {x^s}}}dx}  = }

\displaystyle{ =  - \frac{1}{2}\int\limits_0^\infty  {\frac{{{x^{s/2 - 1}}{{\log }^2}x}}{{1 + {x^s}}}dx}  - \frac{{{\pi ^2}}}{6}\int\limits_0^\infty  {\frac{{{x^{s/2 - 1}}}}{{1 + {x^s}}}dx} \mathop { =  =  = }\limits^{s = 2n}  - \frac{{{\pi ^2}}}{6}\underbrace {\int\limits_0^\infty  {\frac{{{x^{n - 1}}}}{{1 + {x^{2n}}}}dx} }_{{I_1}} - \frac{1}{2}\underbrace {\int\limits_0^\infty  {\frac{{{x^{n - 1}}{{\log }^2}x}}{{1 + {x^{2n}}}}dx} }_{{I_2}}}

Όμως \displaystyle{{I_1} = \int\limits_0^\infty  {\frac{{{x^{n - 1}}}}{{1 + {x^{2n}}}}dx}  = \int\limits_0^1 {\frac{{{x^{n - 1}}}}{{1 + {x^{2n}}}}dx}  + \int\limits_1^\infty  {\frac{{{y^{n - 1}}}}{{1 + {y^{2n}}}}dy} \mathop { =  =  =  =  =  =  = }\limits^{y = 1/x} 2\int\limits_0^1 {\frac{{{x^{n - 1}}}}{{1 + {x^{2n}}}}dx}  = }

\displaystyle{ = 2\sum\limits_{m = 0}^\infty  {{{\left( { - 1} \right)}^m}\int\limits_0^1 {{x^{2nm + n - 1}}dx} }  = \frac{2}{n}\sum\limits_{m = 0}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^m}}}{{2m + 1}}}  = \frac{2}{n} \cdot \frac{\pi }{4} = \frac{\pi }{{2n}} = \frac{\pi }{s}}

και \displaystyle{{I_2} = \int\limits_0^\infty  {\frac{{{x^{n - 1}}{{\log }^2}x}}{{1 + {x^{2n}}}}dx}  = \int\limits_0^1 {\frac{{{x^{n - 1}}{{\log }^2}x}}{{1 + {x^{2n}}}}dx}  + \int\limits_1^\infty  {\frac{{{x^{n - 1}}{{\log }^2}x}}{{1 + {x^{2n}}}}dx}  = 2\int\limits_0^1 {\frac{{{x^{n - 1}}{{\log }^2}x}}{{1 + {x^{2n}}}}dx}  = }

\displaystyle{ = 2\sum\limits_{m = 0}^\infty  {{{\left( { - 1} \right)}^m}\int\limits_0^1 {{{\log }^2}x \cdot {x^{2nm + n - 1}}dx} }  = 2\sum\limits_{m = 0}^\infty  {{{\left( { - 1} \right)}^m}\int\limits_0^1 {{{\log }^2}x \cdot {x^{2nm + n - 1}}dx} } } \displaystyle{ = 2\sum\limits_{m = 0}^\infty  {{{\left( { - 1} \right)}^m}\frac{2}{{{n^3} \cdot {{\left( {2m + 1} \right)}^3}}}}  = }

\displaystyle{ = \frac{4}{{{n^3}}}\sum\limits_{m = 0}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^m}}}{{{{\left( {2m + 1} \right)}^3}}}}  = \frac{4}{{{n^3}}}\frac{{{\pi ^3}}}{{32}} = \frac{{{\pi ^3}}}{{{s^3}}}}

Τελικά \displaystyle{2I =  - \frac{{{\pi ^3}}}{{6 \cdot s}} - \frac{{{\pi ^3}}}{{2 \cdot {s^3}}} \Rightarrow I =  - \frac{{{\pi ^3}}}{{12 \cdot s}} - \frac{{{\pi ^3}}}{{4 \cdot {s^3}}} =  - \frac{{{\pi ^3}}}{4}\left( {\frac{1}{{3 \cdot s}} + \frac{{{1}}}{{{s^3}}}} \right)} :)

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Χρησιμοποιήθηκαν οι σχέσεις

1) \displaystyle{L{i_2}\left( { - x} \right) + L{i_2}\left( { - \frac{1}{x}} \right) =  - \frac{1}{2}{\log ^2}x - \frac{{{\pi ^2}}}{6}} από εδώ http://functions.wolfram.com/ZetaFuncti ... owAll.html

2) \displaystyle{\int\limits_0^1 {{{\log }^2}x \cdot {x^{2nm + n - 1}}dx}  = \frac{2}{{{n^3} \cdot {{\left( {2m + 1} \right)}^3}}}} (στοιχειώδης παραγοντική ολοκλήρωση) και

3) \displaystyle{\sum\limits_{m = 0}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^m}}}{{{{\left( {2m + 1} \right)}^3}}}}  = \frac{{{\pi ^3}}}{{32}}} αποδείχθηκε εδώ viewtopic.php?f=59&t=3614

Τόλη .. δεν δουλεύει ο reflection τύπος στους τριλογάριθμους, οπότε θα δούμε ..



Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
pprime
Δημοσιεύσεις: 39
Εγγραφή: Κυρ Μαρ 16, 2014 1:54 am

Re: Ολοκλήρωμα με διλογάριθμο

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από pprime » Παρ Αύγ 25, 2017 3:59 am

Tolaso J Kos έγραψε:Έστω \mathbb{N} \ni s \geq 2 και έστω s άρτιος. και ας δηλώσουμε τον διλογάριθμο με {\rm Li}_2 και το τριλογάριθμο με {\rm Li}_3. Τότε δείξατε ότι \displaystyle{\int_0^{\infty} \frac{x^{s/2-1}{\rm Li}_2(-x)}{1+x^s}\, {\rm d}x}=- \frac{\pi^3}{4} \left( \frac1{3 s}+ \frac1{ s^3}\right)
\displaystyle{\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{x^{\frac{s}{2}-1}}{1+x^{s}}\cdot Li_{2}\left( -x \right)dx}\underbrace{=}_{x=\frac{1}{y}}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{\left( \frac{1}{y} \right)^{\frac{s}{2}-1}}{1+\frac{1}{y^{s}}}\cdot Li_{2}\left( -\frac{1}{y} \right)\frac{dy}{y^{2}}}=\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{y^{\frac{s}{2}-1}}{1+y^{s}}\cdot Li_{2}\left( -\frac{1}{y} \right)dy}}

\displaystyle{=\frac{1}{2}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{x^{\frac{s}{2}-1}}{1+x^{s}}\cdot \left( Li_{2}\left( -x \right)+Li_{2}\left( -\frac{1}{x} \right) \right)dx}=\frac{1}{2}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{x^{\frac{s}{2}-1}}{1+x^{s}}\cdot \left( -\frac{\pi ^{2}}{6}-\frac{1}{2}\ln ^{2}x \right)dx}}

\displaystyle{=-\frac{\pi ^{2}}{12}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{x^{\frac{s}{2}-1}}{1+x^{s}}dx}-\frac{1}{4}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{x^{\frac{s}{2}-1}}{1+x^{s}}\ln ^{2}xdx}}

\displaystyle{\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{x^{\frac{s}{2}-1}}{1+x^{s}}dx}\underbrace{=}_{x=u^{\frac{1}{s}}}\frac{1}{s}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{\left( u^{\frac{1}{s}} \right)^{\frac{s}{2}-1}}{1+u}u^{\frac{1}{s}-1}du}=\frac{1}{s}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{u^{-\frac{1}{2}}}{1+u}du}=\frac{1}{s}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{u^{\frac{1}{2}-1}}{\left( 1+u \right)^{\frac{1}{2}+\frac{1}{2}}}du}=\frac{1}{s}\beta \left( \frac{1}{2},\frac{1}{2} \right)=\frac{\pi }{s}}

\displaystyle{\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{x^{\frac{s}{2}-1}}{1+x^{s}}\ln ^{2}xdx}\underbrace{=}_{x=u^{\frac{1}{s}}}\frac{1}{s}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{\left( u^{\frac{1}{s}} \right)^{\frac{s}{2}-1}}{1+u}\left( \frac{1}{s}\ln u \right)^{2}u^{\frac{1}{s}-1}du}=\frac{1}{s^{3}}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{u^{\frac{1}{2}-\frac{1}{s}}\cdot u^{\frac{1}{s}-1}}{1+u}\ln ^{2}udu}}

\displaystyle{=\frac{1}{s^{3}}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{u^{-\frac{1}{2}}}{1+u}\ln ^{2}udu}\underbrace{=}_{u=\frac{t}{1-t}}\frac{1}{s^{3}}\int\limits_{0}^{1}{\frac{\left( \frac{t}{1-t} \right)^{-\frac{1}{2}}}{1+\frac{t}{1-t}}\left( \ln \frac{t}{1-t} \right)^{2}\frac{dt}{\left( 1-t \right)^{2}}}}

\displaystyle{=\frac{1}{s^{3}}\int\limits_{0}^{1}{t^{-\frac{1}{2}}\left( 1-t \right)^{-\frac{1}{2}}\left( \ln ^{2}t-2\ln t\ln \left( 1-t \right)+\ln ^{2}\left( 1-t \right) \right)dt}}

\displaystyle{\beta \left( x,y \right)=\int\limits_{0}^{1}{t^{x-1}\left( 1-t \right)^{y-1}dt}}
\displaystyle{\frac{\partial ^{2}}{\partial x^{2}}\beta \left( x,y \right)=\frac{\partial ^{2}}{\partial x^{2}}\int\limits_{0}^{1}{t^{x-1}\left( 1-t \right)^{y-1}dt}=\int\limits_{0}^{1}{t^{x-1}\left( 1-t \right)^{y-1}\ln ^{2}tdt}}

\displaystyle{=\left( \left( \psi ^{\left( 0 \right)}\left( x \right)-\psi ^{\left( 0 \right)}\left( x+y \right) \right)^{2}+\psi ^{\left( 1 \right)}\left( x \right)-\psi ^{\left( 1 \right)}\left( x+y \right) \right)\beta \left( x,y \right)}

\displaystyle{\frac{\partial ^{2}}{\partial y^{2}}\beta \left( x,y \right)=\frac{\partial ^{2}}{\partial y^{2}}\int\limits_{0}^{1}{t^{x-1}\left( 1-t \right)^{y-1}dt}=\int\limits_{0}^{1}{t^{x-1}\left( 1-t \right)^{y-1}\ln ^{2}\left( 1-t \right)dt}}

\displaystyle{=\left( \left( \psi ^{\left( 0 \right)}\left( y \right)-\psi ^{\left( 0 \right)}\left( x+y \right) \right)^{2}+\psi ^{\left( 1 \right)}\left( y \right)-\psi ^{\left( 1 \right)}\left( x+y \right) \right)\beta \left( x,y \right)}

\displaystyle{\frac{\partial ^{2}}{\partial y\partial x}\beta \left( x,y \right)=\frac{\partial ^{2}}{\partial y\partial x}\int\limits_{0}^{1}{t^{x-1}\left( 1-t \right)^{y-1}dt}=\int\limits_{0}^{1}{t^{x-1}\left( 1-t \right)^{y-1}\ln t\ln \left( 1-t \right)dt}}

\displaystyle{=\left( \left( \psi ^{\left( 0 \right)}\left( x \right)-\psi ^{\left( 0 \right)}\left( x+y \right) \right)\left( \psi ^{\left( 0 \right)}\left( y \right)-\psi ^{\left( 0 \right)}\left( x+y \right) \right)-\psi ^{\left( 1 \right)}\left( x+y \right) \right)\beta \left( x,y \right)}

\displaystyle{\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{x^{\frac{s}{2}-1}}{1+x^{s}}\ln ^{2}xdx}=\frac{1}{s^{3}}\left( \frac{\partial ^{2}}{\partial x^{2}}\beta \left( x,y \right)\left| _{\left( \frac{1}{2},\frac{1}{2} \right)} \right.+\frac{\partial ^{2}}{\partial y^{2}}\beta \left( x,y \right)\left| _{\left( \frac{1}{2},\frac{1}{2} \right)} \right.-\frac{2\partial ^{2}}{\partial y\partial x}\beta \left( x,y \right)\left| _{\left( \frac{1}{2},\frac{1}{2} \right)} \right. \right)}

\displaystyle{=\frac{1}{s^{3}}\left( 2\left( \psi ^{\left( 0 \right)}\left( \frac{1}{2} \right)-\psi ^{\left( 0 \right)}\left( 1 \right) \right)^{2}+2\psi ^{\left( 1 \right)}\left( \frac{1}{2} \right)-2\psi ^{\left( 1 \right)}\left( 1 \right)+2\psi ^{\left( 1 \right)}\left( 1 \right)-2\left( \psi ^{\left( 0 \right)}\left( \frac{1}{2} \right)-\psi ^{\left( 0 \right)}\left( 1 \right) \right)^{2} \right)\beta \left( \frac{1}{2},\frac{1}{2} \right)}

\displaystyle{=\frac{2\pi }{s^{3}}\psi ^{\left( 1 \right)}\left( \frac{1}{2} \right)=\frac{2\pi }{s^{3}}\psi ^{\left( 1 \right)}\left( \frac{1}{2} \right)=\frac{\pi ^{3}}{s^{3}}}

\displaystyle{\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{x^{\frac{s}{2}-1}}{1+x^{s}}Li_{2}\left( -x \right)dx}=-\frac{\pi ^{2}}{12}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{x^{\frac{s}{2}-1}}{1+x^{s}}dx}-\frac{1}{4}\int\limits_{0}^{+\infty }{\frac{x^{\frac{s}{2}-1}}{1+x^{s}}\ln ^{2}xdx}}

\displaystyle{=-\frac{\pi ^{3}}{12s}-\frac{\pi ^{3}}{4s^{3}}=-\frac{\pi ^{3}}{4s}\left( \frac{1}{3}+\frac{1}{s^{2}} \right)}


Απάντηση

Επιστροφή σε “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 8 επισκέπτες