Ολοκλήρωμα του αθροίσματος ριζών

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Ιάσων Κωνσταντόπουλος
Δημοσιεύσεις: 251
Εγγραφή: Κυρ Ιαν 28, 2024 10:16 pm
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη

Ολοκλήρωμα του αθροίσματος ριζών

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Ιάσων Κωνσταντόπουλος »

Θεωρούμε τη συνάρτηση f\colon\mathbb{R}\to\mathbb{R} με f(x)=\frac{x^3}{3}-\frac{x^2}{2}

Ορίζουμε τη συνάρτηση S\colon \mathbb{R}\to\mathbb{R} με S(\lambda)=\displaystyle\sum\{x\in\mathbb{R}|f(x)=\lambda\}

Να υπολογιστεί το ολοκλήρωμα I=\int_{-90}^{54}S(\lambda)d\lambda

Σημείωση
Το S(\lambda) είναι το άθροισμα των στοιχείων του συνόλου των πραγματικών ριζών της εξίσωσης f(x)=\lambda
Φιλόλογος τυπικών γλωσσών

Ετικέτες:
Άβαταρ μέλους
Demetres
Γενικός Συντονιστής
Δημοσιεύσεις: 9010
Εγγραφή: Δευ Ιαν 19, 2009 5:16 pm
Τοποθεσία: Λεμεσός/Πύλα
Επικοινωνία:

Re: Ολοκλήρωμα του αθροίσματος ριζών

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Demetres »

Έχουμε

\displaystyle  \int_{-6}^{6}  S(f(u))f'(u) \,\mathrm{d}u = \int_{f(-6)}^{f(6)}  S(\lambda) \,\mathrm{d}\lambda = I

Παρατηρούμε επίσης ότι

\displaystyle  \displaystyle{f(x) = f(u) \iff \frac{x^3-u^3}{3} - \frac{x^2-u^2}{2} = 0 \iff \frac{(x-u)(2(x^2+xu+u^2)-3(x+u))}{6} = 0}

Άρα S(f(u)) = u αν το g(x) = 2x^2 + (2u-3)x + 2u^2-3u = 0 δεν έχει πραγματικές ρίζες και (από Vieta) S(f(u)) = 3/2 αν το g(x)=0 έχει (διαφορετικές) πραγματικές ρίζες. Θα δούμε αργότερα ότι υπάρχουν μόνο δύο τιμές του u όπου το g(x) έχει πραγματικές και ίσες ρίζες οπότε εκεί δεν θα αλλάξει το αποτέλεσμα η τιμή του S(f(u)).

To g(x) έχει πραγματικές και άνισες ρίζες αν και μόνο αν (2u-3)^2 -8(2u^2-3u) > 0. Καταλήγουμε στην εξίσωση 12u^2-12u + 9 < 0 που ισχύει αν και μόνο αν u \in (-1/2,3/2).

Άρα
\displaystyle  \begin{aligned}  
I &= \int_{-6}^{-1/2} u(u^2-u)  \,\mathrm{d}u +  \int_{-1/2}^{3/2} \frac{3}{2}(u^2-u)  \,\mathrm{d}u + \int_{3/2}^{6} u(u^2-u)  \,\mathrm{d}u \\ 
&= \left[\frac{u^4}{4} - \frac{u^3}{3} \right]_{-6}^{-1/2} + \frac{3}{2}\left[\frac{u^3}{3} - \frac{u^2}{2} \right]_{-1/2}^{3/2} + \left[\frac{u^4}{4} - \frac{u^3}{3} \right]_{3/2}^{6} \\ 
&=  \left(\frac{1}{64}+\frac{1}{24} - \frac{6^4}{4} - \frac{6^3}{3}\right) + \frac{3}{2}\left(\frac{9}{8} - \frac{9}{8} + \frac{1}{24}+\frac{1}{8} \right) + \left(\frac{6^4}{4} - \frac{6^3}{3} - \frac{81}{64}+\frac{9}{8}\right) \\ 
&= -2 \cdot \frac{6^3}{3} - \frac{80}{64} + \frac{28}{24} + \frac{3}{2} \cdot \frac{4}{24} \\ 
&= -144 - \frac{5}{4} + \frac{7}{6} + \frac{1}{4} = -144+\frac{1}{6} = -\frac{863}{6} 
\end{aligned}
Απάντηση

Επιστροφή στο “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 1 επισκέπτης