Γενικευμενα Ολοκληρωματα

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

coheN
Δημοσιεύσεις: 1
Εγγραφή: Τετ Φεβ 02, 2011 8:06 pm

Γενικευμενα Ολοκληρωματα

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από coheN » Τετ Φεβ 02, 2011 8:14 pm

Θα ήθελα λίγη βοήθεια στα παρακάτω:
Να υπολογίσετε τα παρακάτω :

1)\int_{0}^{+\infty}{({\frac{\arctan{t}}{t})}^{2}}\,dt
2)\int_{0}^{+\infty}{\frac{\arctan{x}}{x(1+{a}^2{x}^{2})}}\,dx



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

Re: Γενικευμενα Ολοκληρωματα

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Πέμ Φεβ 03, 2011 1:52 am

Για το πρώτο

\displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\frac{{{{\arctan }^2}\left( x \right)}}{{{x^2}}}dx}  = \mathop  = \limits^{\arctan \left( x \right) = y}  = \int\limits_0^{\pi /2} {\frac{{{y^2}}}{{{{\sin }^2}\left( y \right)}}dy}  =  - \int\limits_0^{\pi /2} {{y^2} \cdot {{\left( {\sigma \varphi (y)} \right)}^\prime }dy}  = 2\int\limits_0^{\pi /2} {y \cdot \sigma \varphi (y)dy}  = 2\int\limits_0^{\pi /2} {y \cdot {{\left( {\ln (\sin \left( y \right))} \right)}^\prime }dy}  = }

\displaystyle{ =  - 2\int\limits_0^{\pi /2} {\ln \left( {\sin \left( y \right)} \right)dy}  = \pi \ln \left( 2 \right)}

Διότι \displaystyle{I = \int\limits_0^{\pi /2} {\ln (\sin (2x))dx}  = \mathop  = \limits^{2 \cdot x = u}  = \frac{1}{2} \cdot \int\limits_0^\pi  {\ln (\sin (u))du}  = \frac{1}{2} \cdot \int\limits_0^{\pi /2} {\ln (\sin (x))dx}  + \frac{1}{2} \cdot \int\limits_{\pi /2}^\pi  {\ln (\sin (u))du}  = }

\displaystyle{ = \mathop  = \limits^{u = \pi  - x}  = \int\limits_0^{\pi /2} {\ln (\sin (x))dx}  = \mathop  = \limits^{x \to \pi /2 - x}  = \int\limits_0^{\pi /2} {\ln (\cos (x))dx} }

Τότε \displaystyle{I = \int\limits_0^{\pi /2} {\ln (\sin (2 \cdot x))dx}  = \int\limits_0^{\pi /2} {\left( {\ln (\sin (x)) + \ln (\cos (x)) + \ln (2)} \right)dx}  = 2I + \frac{\pi }{2}\ln (2) \Rightarrow I =  - \frac{\pi }{2}\ln (2)}
τελευταία επεξεργασία από Σεραφείμ σε Παρ Φεβ 04, 2011 8:59 am, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.


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

Re: Γενικευμενα Ολοκληρωματα

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Πέμ Φεβ 03, 2011 10:08 am

Και το δεύτερο

\displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\frac{{\arctan \left( x \right)}}{{x\left( {1 + {a^2}{x^2}} \right)}}dx}  = \mathop  = \limits^{x = 1/y}  = \int\limits_0^\infty  {\frac{{\left( {\frac{\pi }{2} - \arctan \left( y \right)} \right) \cdot y}}{{{a^2} + {y^2}}}dy}  = \frac{1}{2}\int\limits_0^\infty  {\left( {\frac{\pi }{2} - \arctan \left( y \right)} \right) \cdot \ln {{\left( {{a^2} + {y^2}} \right)}^\prime }dy}  =}

\displaystyle{= \frac{1}{2}\left[ {\left( {\frac{\pi }{2} - \arctan \left( y \right)} \right) \cdot \ln \left( {{a^2} + {y^2}} \right)} \right]_0^\infty  + \frac{1}{2}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\ln \left( {{a^2} + {y^2}} \right)}}{{1 + {y^2}}}dy}  =  - \frac{{\pi \ln \left( {{a^2}} \right)}}{4} + \frac{1}{2}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\ln \left( {{a^2} + {y^2}} \right)}}{{1 + {y^2}}}dy}}

Έστω \displaystyle{f\left( a \right) = \int\limits_0^\infty  {\frac{{\ln \left( {{a^2} + {y^2}} \right)}}{{1 + {y^2}}}dy}  \Rightarrow f'\left( a \right) = 2a\int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{\left( {1 + {y^2}} \right)\left( {{a^2} + {y^2}} \right)}}dy}  = \frac{{2a}}{{{a^2} - 1}}\int\limits_0^\infty  {\left( {\frac{1}{{1 + {y^2}}} - \frac{1}{{{a^2} + {y^2}}}} \right)dy}  =}

\displaystyle{= \frac{{2a}}{{{a^2} - 1}}\int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{1 + {y^2}}}dy}  - \frac{{2a}}{{{a^2} - 1}}\int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{{a^2} + {u^2}}}du}  = \mathop  = \limits^{u = ax}  = \frac{{\pi a}}{{{a^2} - 1}} - \frac{{2a}}{{{a^2} - 1}}\int\limits_0^\infty  {\frac{a}{{{a^2} + {a^2}{x^2}}}dx}  =}

\displaystyle{= \frac{{\pi a}}{{{a^2} - 1}} - \frac{2}{{{a^2} - 1}}\int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{1 + {x^2}}}dx}  = \frac{{\pi a}}{{{a^2} - 1}} - \frac{\pi }{{{a^2} - 1}} = \frac{\pi }{{a + 1}} \Rightarrow f\left( a \right) = \pi \ln \left( {a + 1} \right) + c}

Για \displaystyle{a = 1:\int\limits_0^\infty  {\frac{{\ln \left( {1 + {y^2}} \right)}}{{1 + {y^2}}}dy}  = \mathop  = \limits^{y = \tan \left( x \right)}  =  - 2\int\limits_0^\infty  {\ln \left( {\cos \left( x \right)} \right)dx}  =  - 2\left( { - \frac{\pi }{2}\ln \left( 2 \right)} \right) = \pi \ln \left( 2 \right) + c \Rightarrow c = 0}

Και τελικά \displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\frac{{\arctan \left( x \right)}}{{x\left( {1 + {a^2}{x^2}} \right)}}dx}  =  - \frac{{\pi \ln \left( {{a^2}} \right)}}{4} + \frac{1}{2}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\ln \left( {{a^2} + {y^2}} \right)}}{{1 + {y^2}}}dy}  = \frac{\pi }{2}\ln \left( {\frac{{a + 1}}{a}} \right)}

Θεωρήσαμε \displaystyle{a>0}, σε κάθε περίπτωση πρέπει \displaystyle{a \ne 0} και \displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\frac{{\arctan \left( x \right)}}{{x\left( {1 + {a^2}{x^2}} \right)}}dx}  = \frac{\pi }{2}\ln \left( {\frac{{\left| a \right| + 1}}{{\left| a \right|}}} \right)}


Σεραφείμ Τσιπέλης
Απάντηση

Επιστροφή σε “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

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