Όλοκλήρωμα τύπου Fresnel

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

galactus
Δημοσιεύσεις: 22
Εγγραφή: Κυρ Ιαν 29, 2012 3:10 pm

Όλοκλήρωμα τύπου Fresnel

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από galactus »

Hi Everyone. It's been a while. Nice to be back.

Sorry for the English. Maybe someone may be kind enough to translate.

But, I have a challenging integral to post you may like.


Show that:

\displaystyle \int_{0}^{\infty}\frac{\sin(x^{2})}{\pi-x^{2}}dx=\frac{\sqrt{\pi}}{2}\left(C(\sqrt{2})+S(\sqrt{2})\right)

where C and S are the Fresnel integrals defined as:

\displaystyle C(u)=\int_{0}^{u}\cos(\frac{\pi}{2}x^{2})dx, \;\ S(u)=\int_{0}^{u}\sin(\frac{\pi}{2}x^{2})dx

In this case, u=\sqrt{2}
Άβαταρ μέλους
grigkost
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 3139
Εγγραφή: Πέμ Δεκ 18, 2008 12:54 pm
Τοποθεσία: Ιωάννινα
Επικοινωνία:

Re: Όλοκλήρωμα τύπου Fresnel

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από grigkost »

galactus έγραψε:Hi Everyone. It's been a while. Nice to be back.

Sorry for the English. Maybe someone may be kind enough to translate.

But, I have a challenging integral to post you may like.


Show that:

\displaystyle \int_{0}^{\infty}\frac{\sin(x^{2})}{\pi-x^{2}}dx=\frac{\sqrt{\pi}}{2}\left(C(\sqrt{2})+S(\sqrt{2})\right)

where C and S are the Fresnel integrals defined as:

\displaystyle C(u)=\int_{0}^{u}\cos(\frac{\pi}{2}x^{2})dx, \;\ S(u)=\int_{0}^{u}\sin(\frac{\pi}{2}x^{2})dx

In this case, u=\sqrt{2}
Μετάφραση: Γειά σας. Έχει περάσει κάποιος καιρός. Χαίρομαι που επέστρεψα. Συγγνώμη για τα Αγγλικά. Ίσως κάποιος έχει την καλοσύνη να το μεταφράσει.

Έχω ένα ενδιαφέρον ολοκλήρωμα να προτείνω, που μπορεί να σας αρέσει.



Δείξτε ότι

\displaystyle \int_{0}^{\infty}\frac{\sin(x^{2})}{\pi-x^{2}}dx=\frac{\sqrt{\pi}}{2}\left(C(\sqrt{2})+S(\sqrt{2})\right)

όπου C και S είναι ταολοκληρώματα Fresnel που ορίζονται ως:

\displaystyle C(u)=\int_{0}^{u}\cos(\frac{\pi}{2}x^{2})dx, \;\ S(u)=\int_{0}^{u}\sin(\frac{\pi}{2}x^{2})dx

Σε αυτήν την περίπτωση u=\sqrt{2}
{\color{dred}\Gamma\!\rho\,{\rm{H}}\gamma\varnothing\varrho{\mathscr{H}}\varsigma \ {\mathbb{K}}\,\Omega\sum{\rm{t}}{\mathscr{A}}\,{\mathbb{K}}\!\odot\varsigma
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Όλοκλήρωμα τύπου Fresnel

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

galactus έγραψε:Show that: \displaystyle \int_{0}^{\infty}\frac{\sin(x^{2})}{\pi-x^{2}}dx=\frac{\sqrt{\pi}}{2}\left(C(\sqrt{2})+S(\sqrt{2})\right)
Λήμμα \displaystyle{L.1:\int\limits_0^\infty  {\frac{{\cos ax}}{{\sqrt x }}dx}  = \frac{1}{2}\int\limits_0^\infty  {\frac{{{e^{iax}} + {e^{ - iax}}}}{{\sqrt x }}dx}  = \frac{{\sqrt \pi  }}{2}\left( {\frac{1}{{\sqrt { - ia} }} + \frac{1}{{\sqrt {ia} }}} \right) = \frac{{\sqrt \pi  }}{{2\sqrt a }}\left( {\frac{{\sqrt 2 }}{{1 - i}} + \frac{{\sqrt 2 }}{{1 + i}}} \right) = \sqrt {\frac{\pi }{{2a}}} }

Λήμμα \displaystyle{L.2:\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin ax}}{{\sqrt x }}dx}  = \sqrt {\frac{\pi }{{2a}}} } (όμοια)

Λήμμα \displaystyle{L.3:\frac{d}{{da}}\left( {C\left( {\sqrt {\frac{{2a}}{\pi }} } \right)} \right) = \frac{d}{{da}}\left( {\int\limits_0^{\sqrt {2a/\pi } } {\cos \left( {\frac{\pi }{2}{x^2}} \right)dx} } \right) = \frac{1}{{\sqrt {2a\pi } }}\cos a} και \displaystyle{\frac{d}{{da}}\left( {S\left( {\sqrt {\frac{{2a}}{\pi }} } \right)} \right) = \frac{1}{{\sqrt {2a\pi } }}\sin a} (στοιχειώδη).
---------------------------------------------------------------------------------------------

\displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin {x^2}}}{{\pi  - {x^2}}}dx}  = \mathop  = \limits^{x \to \sqrt \pi   \cdot x}  = \frac{1}{{\sqrt \pi  }}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin \pi {x^2}}}{{1 - {x^2}}}dx}  = \frac{1}{{\sqrt \pi  }}\left( {\int\limits_0^1 {\frac{{\sin \pi {x^2}}}{{1 - {x^2}}}dx}  - \int\limits_1^\infty  {\frac{{\sin \pi {x^2}}}{{{x^2} - 1}}dx} } \right) = \mathop  = \limits^{{x^2} \to \sqrt x }  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{{2\sqrt \pi  }}\left( {\int\limits_0^1 {\frac{{\sin \pi x}}{{\sqrt x \left( {1 - x} \right)}}dx}  - \int\limits_1^\infty  {\frac{{\sin \pi y}}{{\sqrt y \left( {y - 1} \right)}}dy} } \right) = \mathop  = \limits_{y \to 1 + y}^{x \to 1 - x}  = \frac{1}{{2\sqrt \pi  }}\left( {\int\limits_0^1 {\frac{{\sin \pi x}}{{x\sqrt {1 - x} }}dx}  + \int\limits_1^\infty  {\frac{{\sin \pi y}}{{y\sqrt {1 + y} }}dy} } \right)}

Έστω \displaystyle{f\left( a \right) = \frac{1}{{2\sqrt \pi  }}\left( {\int\limits_0^1 {\frac{{\sin ax}}{{x\sqrt {1 - x} }}dx}  + \int\limits_1^\infty  {\frac{{\sin ay}}{{y\sqrt {1 + y} }}dy} } \right)} . Τότε

\displaystyle{f'\left( a \right) = \frac{1}{{2\sqrt \pi  }}\left( {\int\limits_0^1 {\frac{{\cos ax}}{{\sqrt {1 - x} }}dx}  + \int\limits_1^\infty  {\frac{{\cos ay}}{{\sqrt {1 + y} }}dy} } \right) = \mathop  = \limits_{1 + y \to y}^{1 - x \to x}  = \frac{1}{{2\sqrt \pi  }}\left( {\int\limits_0^1 {\frac{{\cos \left( {a - ax} \right)}}{{\sqrt x }}dx} } \right. + }

\displaystyle{\left. { + \int\limits_1^\infty  {\frac{{\cos \left( {ay - y} \right)}}{{\sqrt y }}dy} } \right) = \frac{1}{{2\sqrt \pi  }}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\cos \left( {a - ax} \right)}}{{\sqrt x }}dx}  = \frac{1}{{2\sqrt \pi  }}\left( {\cos a \cdot \int\limits_0^\infty  {\frac{{\cos ax}}{{\sqrt x }}dx}  + } \right.}

\displaystyle{\left. { + \sin a \cdot \int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin ax}}{{\sqrt x }}dx} } \right) = \mathop  = \limits^{L.1.2}  = \frac{1}{{2\sqrt {2a} }}\left( {\cos a + \sin a} \right) = \frac{{\sqrt \pi  }}{2}\left( {\frac{1}{{\sqrt {2a\pi } }}\cos a + \frac{1}{{\sqrt {2a\pi } }}\sin a} \right) = }

\displaystyle{ = \mathop  = \limits^{L.3}  = \frac{{\sqrt \pi  }}{2}\frac{d}{{da}}\left( {S\left( {\sqrt {\frac{{2a}}{\pi }} } \right) + C\left( {\sqrt {\frac{{2a}}{\pi }} } \right)} \right)}

Οπότε \displaystyle{f\left( a \right) = \frac{{\sqrt \pi  }}{2}\left( {S\left( {\sqrt {\frac{{2a}}{\pi }} } \right) + C\left( {\sqrt {\frac{{2a}}{\pi }} } \right)} \right) + c} . Για \displaystyle{a = 0 \Rightarrow c = 0} . Άρα \displaystyle{f\left( a \right) = \frac{{\sqrt \pi  }}{2}\left( {S\left( {\sqrt {\frac{{2a}}{\pi }} } \right) + C\left( {\sqrt {\frac{{2a}}{\pi }} } \right)} \right)} .

και για \displaystyle{a = \pi } προκύπτει \displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin {x^2}}}{{\pi  - {x^2}}}dx}  = \frac{1}{{2\sqrt \pi  }}\left( {\int\limits_0^1 {\frac{{\sin \pi x}}{{x\sqrt {1 - x} }}dx}  + \int\limits_1^\infty  {\frac{{\sin \pi y}}{{y\sqrt {1 + y} }}dy} } \right) = f\left( \pi  \right) = \frac{{\sqrt \pi  }}{2}\left( {S\left( {\sqrt 2 } \right) + C\left( {\sqrt 2 } \right)} \right)} :)


Ένα ενδιαφέρον ενδιάμεσο αποτέλεσμα είναι ότι \displaystyle{\int\limits_0^1 {\frac{{\sin \pi {x^2}}}{{1 - {x^2}}}} dx = \frac{\pi }{2}\left( {{S^2}\left( {\sqrt 2 } \right) + {C^2}\left( {\sqrt 2 } \right)} \right)}



Σεραφείμ Τσιπέλης
Απάντηση

Επιστροφή στο “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

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