Γενικευμένα Ολοκληρώματα

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

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

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#41

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:\displaystyle{19)} Ας εξετασθεί ως προς τη σύγκλιση το \displaystyle{\int _0 ^{+\infty} \frac{dx}{1+x^2 \sin^2 x}}.
Έστω \displaystyle{f\left( x \right) = \frac{1}{{1 + {x^2}  {{\sin }^2}\left( x \right)}}}, τότε \displaystyle{f\left( x \right) > 0} και \displaystyle{f\left( {n  \pi } \right) = 1}. Η \displaystyle{f\left( x \right)} έχει διαδοχικά τοπικά μέγιστα στις θέσεις \displaystyle{{x_n} = n  \pi ,n \in N}.

Σε μια «μικρή» περιοχή των \displaystyle{{x_n}}, η συνάρτηση \displaystyle{f\left( x \right)}, είναι γνησίως αύξουσα αριστερά των \displaystyle{{x_n}} και γνησίως φθίνουσα δεξιά (φανερό).

\displaystyle{f\left( {n  \pi  - \frac{1}{{n \pi }}} \right) = \frac{1}{{1 + {{\left( {n  \pi  - \dfrac{1}{{n  \pi }}} \right)}^2} \cdot {{\sin }^2}\left( {n  \pi  - \dfrac{1}{{n  \pi }}} \right)}} = \frac{1}{{1 + {{\left( {n  \pi  - \dfrac{1}{{n  \pi }}} \right)}^2} \cdot {{\sin }^2}\left( {\dfrac{1}{{n  \pi }}} \right)}} \geqslant } \displaystyle{\frac{1}{{1 + {{\left( {n  \pi  - \dfrac{1}{{n  \pi }}} \right)}^2} \cdot \dfrac{1}{{{n^2} {\pi ^2}}}}} \Rightarrow }

\displaystyle{\Rightarrow f\left( {n  \pi  - \frac{1}{{n  \pi }}} \right) \geqslant \frac{{{{\left( {n  \pi } \right)}^4}}}{{{{\left( {n \pi } \right)}^4} + {{\left( {{{\left( {n  \pi } \right)}^2} - 1} \right)}^2}}}}. Ομοίως \displaystyle{f\left( {n \pi  + \frac{1}{{n \pi }}} \right) \geqslant \frac{{{{\left( {n \pi } \right)}^4}}}{{{{\left( {n \pi } \right)}^4} + {{\left( {{{\left( {n  \pi } \right)}^2} + 1} \right)}^2}}}}

Επομένως για \displaystyle{x \in \left[ {n  \pi  - \frac{1}{{n  \pi }},n \pi  + \frac{1}{{n \pi }}} \right]}, ισχύει \displaystyle{f\left( x \right) \geqslant \frac{{{{\left( {n \pi } \right)}^4}}}{{{{\left( {n  \pi } \right)}^4} + {{\left( {{{\left( {n \pi } \right)}^2} + 1} \right)}^2}}}}.

Τότε \displaystyle{\int\limits_{n  \pi }^{n  \pi  + \pi } {f\left( x \right) dx}  \geqslant \int\limits_{n  \pi  - 1/\left( {n\pi } \right)}^{n  \pi  + 1/\left( {n \pi } \right)} {f\left( x \right)  dx}  \geqslant \frac{2}{{n  \pi }} \cdot \frac{{{{\left( {n \pi } \right)}^4}}}{{{{\left( {n \pi } \right)}^4} + {{\left( {{{\left( {n  \pi } \right)}^2} + 1} \right)}^2}}} \geqslant \frac{2}{{n \pi }} \cdot \frac{{{{\left( {n\pi } \right)}^4}}}{{5{{\left( {n \cdot \pi } \right)}^4}}} \geqslant \frac{2}{{5  n  \pi }}} και

τελικά \displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{1 + {x^2} {{\sin }^2}\left( x \right)}}  dx}  = A + \int\limits_1^\infty  {\frac{1}{{1 + {x^2} {{\sin }^2}\left( x \right)}}  dx}  \geqslant A + \frac{2}{{5  \pi }}  \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{1}{n}} \right)}  \to  + \infty } (αρμονική σειρά), δηλαδή το ολοκλήρωμα αποκλίνει.
Συνημμένα
APOKLINEI.jpg
APOKLINEI.jpg (8.91 KiB) Προβλήθηκε 3556 φορές
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος Σεραφείμ την Πέμ Νοέμ 18, 2010 8:43 am, έχει επεξεργασθεί 2 φορές συνολικά.
Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#42

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

πρώτος!
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#43

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

20) Και ένα ελαφρώς σάπιο επιπλέον...

Ας υπολογισθεί το \displaystyle{ \int^{\infty}_0 \mbox{erf}^2 (\sqrt{x}) e^{-x} dx  }, όπου \displaystyle{\mbox{erf}(x) = \frac{2}{\sqrt{\pi}} \int^x_0 e^{-t^2} dt} .
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Ωmega Man
Δημοσιεύσεις: 1264
Εγγραφή: Παρ Ιουν 05, 2009 8:17 am

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#44

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Ωmega Man »

Δεν βλέπω πως μπορούμε να το υπολογίσουμε απ´ευθείας επομένως ας κάνω μια εκτίμηση.

\displaystyle{\bf \int_{0}^{+\infty}e^{-x}erf^{2}(\sqrt{x})\;dx\approx\int_{0}^{+\infty}e^{-x}\left(1-e^{-x\frac{\frac{4}{\pi}+ax}{1+ax}}\;dx\right)\;dx=1-\int_{0}^{+\infty}e^{-x\frac{\frac{4}{\pi}+ax}{1+ax}-x}\;dx\lessapprox 1-\int_{0}^{+\infty}e^{-\frac{4}{\pi}x-x}\;dx=0.5600095}

O Dr Wolfram δίνει 0.55412642397957235, επομένως υπάρχει μια απόκλιση της τάξης 0.0058831.



Χρησιμοποιήθηκε ο τύπος [attachment=0]errorf.png[/attachment] με α περίπου ίσο με 0.14 .
Συνημμένα
errorf.png
errorf.png (2.11 KiB) Προβλήθηκε 3448 φορές
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος Ωmega Man την Τρί Νοέμ 23, 2010 8:12 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.
What's wrong with a Greek in Hamburg?
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#45

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:20) Ας υπολογισθεί το \displaystyle{ \int^{\infty}_0 \mbox{erf}^2 (\sqrt{x}) e^{-x} dx  }, όπου \displaystyle{\mbox{erf}(x) = \frac{2}{\sqrt{\pi}} \int^x_0 e^{-t^2} dt} .
Βρίσκω \displaystyle{\frac{{2\sqrt 2 }}{\pi } \cdot \arctan \left( {\frac{1}{{\sqrt 2 }}} \right)}
Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#46

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

αφέρματιβββ
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#47

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Επί το ακριβέστερον ..

Ισχύει \displaystyle{erf\left( {\sqrt x } \right) = \frac{2}{{\sqrt \pi  }} \int\limits_0^{\sqrt x } {{e^{ - {t^2}}} dt}  \Rightarrow \mathop {\lim }\limits_{x \to \infty } erf\left( {\sqrt x } \right) = \frac{2}{{\sqrt \pi  }}  \int\limits_0^\infty  {{e^{ - {t^2}}} dt}  = \frac{2}{{\sqrt \pi  }}  \frac{{\sqrt \pi  }}{2} = 1 \Rightarrow \mathop {\lim }\limits_{x \to \infty } er{f^2}\left( {\sqrt x } \right) = 1}

και \displaystyle{\frac{d}{{dx}}\left( {erf\left( {\sqrt x } \right)} \right) = \frac{2}{{\sqrt \pi  }} {e^{ - x}} \cdot \frac{1}{{2  \sqrt x }} = \frac{1}{{\sqrt \pi  }} \cdot \frac{{{e^{ - x}}}}{{\sqrt x }}}. Τότε

\displaystyle{\begin{gathered} 
  \int\limits_0^\infty  {er{f^2}\left( {\sqrt x } \right)  {e^{ - x}}  dx}  =  - \int\limits_0^\infty  {er{f^2}\left( {\sqrt x } \right)  {{\left( {{e^{ - x}}} \right)}^\prime }  dx}  =  - \left[ {er{f^2}\left( {\sqrt x } \right) {e^{ - x}}  dx} \right]_0^\infty  +  \hfill \\ 
   + \frac{2}{{\sqrt \pi  }}  \int\limits_0^\infty  {\frac{{erf\left( {\sqrt x } \right)}}{{\sqrt x }}  {e^{ - 2 x}}  dx}  = \frac{2}{{\sqrt \pi  }}  \int\limits_0^\infty  {\frac{{erf\left( {\sqrt x } \right)}}{{\sqrt x }} {e^{ - 2 x}} dx}  \hfill \\  
\end{gathered} }

Όμως ο μετασχηματισμός Laplace της συνάρτησης \displaystyle{G\left( x \right) = \frac{{erf\left( {\sqrt x } \right)}}{{\sqrt x }}} είναι \displaystyle{g\left( s \right) = \frac{{2  \arctan \left( {\dfrac{1}{{\sqrt s }}} \right)}}{{\sqrt \pi    \sqrt s }}}: (αποδεικνύεται με χρήση διαφορικάς εξίσωσης .. σε αρκετά βιβλία). Τότε \displaystyle{\frac{2}{{\sqrt \pi  }}  \int\limits_0^\infty  {\frac{{erf\left( {\sqrt x } \right)}}{{\sqrt x }}  {e^{ - 2  x}}  dx}  = \frac{2}{{\sqrt \pi  }}  \frac{{2  \arctan \left( {\frac{1}{{\sqrt 2 }}} \right)}}{{\sqrt \pi    \sqrt 2 }} = \frac{{2  \sqrt 2 }}{\pi } \ \arctan \left( {\frac{1}{{\sqrt 2 }}} \right)}
Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
erxmer
Δημοσιεύσεις: 1615
Εγγραφή: Δευ Σεπ 13, 2010 7:49 pm
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#48

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από erxmer »

Να υπολογιστεί το ολοκλήρωμα

\int_{0}^{+\infty}{\frac{x^2}{2x^4+5x^2+2}}dx


ΥΓ η λύση που έχω κατα νού είναι με μιγαδική ανάλυση.Υπάρχει και άλλος τρόπος?
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#49

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

erxmer έγραψε:ΥΓ η λύση που έχω κατα νού είναι με μιγαδική ανάλυση.Υπάρχει και άλλος τρόπος?
Ανάλυση σε απλά κλάσματα και εύρεση παράγουσας. Πραξούρα όμως...
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Ωmega Man
Δημοσιεύσεις: 1264
Εγγραφή: Παρ Ιουν 05, 2009 8:17 am

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#50

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Ωmega Man »

\displaystyle{\bf \int_{0}^{+\infty}\frac{x^{2}}{2x^4+5x^2+2}\;dx=\int_{0}^{+\infty}\frac{2}{3}\cdot\frac{1}{2+x^{2}}\;dx-\int_{0}^{+\infty}\frac{1}{3}\cdot\frac{1}{1+2x^{2}}\;dx=\frac{2}{3}\int_{0}^{+\infty}\left(\frac{\arctan\left(\frac{x}{\sqrt{2}}\right)}{\sqrt{2}}\right)'\;dx-\frac{1}{3}\int_{0}^{+\infty}\left(\frac{\arctan(\sqrt{2}x)}{\sqrt{2}}\right)'\;dx
\displaystyle{\bf =\frac{\pi}{6\sqrt{2}}}}
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος Ωmega Man την Τετ Νοέμ 24, 2010 3:07 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.
What's wrong with a Greek in Hamburg?
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#51

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

Σεραφείμ έγραψε:Όμως ο μετασχηματισμός Laplace της συνάρτησης \displaystyle{G\left( x \right) = \frac{{erf\left( {\sqrt x } \right)}}{{\sqrt x }}} είναι \displaystyle{g\left( s \right) = \frac{{2  \arctan \left( {\dfrac{1}{{\sqrt s }}} \right)}}{{\sqrt \pi    \sqrt s }}}: (αποδεικνύεται σε αρκετά βιβλία).
π.χ. βλέπε an introduction to Laplace transform and fourier series P.P.G. Dyke σελ. 75 (οι ασκήσεις του είναι λυμένες)
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος Κοτρώνης Αναστάσιος την Τετ Νοέμ 24, 2010 2:55 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Άβαταρ μέλους
chris_gatos
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 6970
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 9:03 pm
Τοποθεσία: Ανθούπολη

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#52

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από chris_gatos »

erxmer έγραψε:Να υπολογιστεί το ολοκλήρωμα

\int_{0}^{+\infty}{\frac{x^2}{2x^4+5x^2+2}}dx


ΥΓ η λύση που έχω κατα νού είναι με μιγαδική ανάλυση.Υπάρχει και άλλος τρόπος?
Αν κάνεις αλγεβρικό παιχνιδάκι μετασχηματίζεις την ολοκληρωτέα σε:

\displaystyle{ 
\frac{1}{3} \cdot [\frac{2}{{x^2  + 2}} - \frac{{\frac{1}{2}}}{{x^2  + \frac{1}{2}}}] 
}

Τα υπόλοιπα νομίζω απλά....(Δυο ολοκληρώματα με τόξα εφαπτομένης μούρλια βλέπω...)

Ελπίζω να μην έχω λάθος. Καλό μεσημέρι.
Χρήστος Κυριαζής
Ωmega Man
Δημοσιεύσεις: 1264
Εγγραφή: Παρ Ιουν 05, 2009 8:17 am

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#53

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Ωmega Man »

Χρήστο δεν έκανες λάθος παραπάνω το έλυσα με τον τρόπο που προτείνεις.
What's wrong with a Greek in Hamburg?
Άβαταρ μέλους
chris_gatos
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 6970
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 9:03 pm
Τοποθεσία: Ανθούπολη

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#54

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από chris_gatos »

:oops: :x

Γίωργο πραγματικά δεν το είδα γιατί παραπάνω γίνεται το συμπούρμπουλό. Σόρρυ για την επικάλυψη.
Χρήστος Κυριαζής
Ωmega Man
Δημοσιεύσεις: 1264
Εγγραφή: Παρ Ιουν 05, 2009 8:17 am

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#55

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Ωmega Man »

Το κατάλαβα ότι δεν το είχες δει. ;)
What's wrong with a Greek in Hamburg?
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#56

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

22) Υπολογισθήτω: \displaystyle{\int_{0}^{+\infty}\left(\frac{x}{e^{x}-e^{-x}}-\frac{1}{2}\right)\frac{1}{x^2}\,dx}.
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#57

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:22) Υπολογισθήτω: \displaystyle{\int_{0}^{+\infty}\left(\frac{x}{e^{x}-e^{-x}}-\frac{1}{2}\right)\frac{1}{x^2}\,dx}.
Χριστουγεννιάτικο !!

Έστω \displaystyle{I = \int\limits_0^\infty  {\left( {\frac{x}{{{e^x} - {e^{ - x}}}} - \frac{1}{2}} \right)\frac{1}{{{x^2}}}dx} }
Με κλασσική διαδικασία βρίσκουμε ότι \displaystyle{\mathop {\lim }\limits_{x \to 0 + } \left( {\frac{x}{{{e^x} - {e^{ - x}}}} - \frac{1}{2}} \right)\frac{1}{{{x^2}}} =  - \frac{1}{{12}}}. Επίσης, επειδή ισχύει (κλασσικά) \displaystyle{\mathop {\lim }\limits_{x \to  + \infty } \left( {\frac{x}{{{e^x} - {e^{ - x}}}} - \frac{1}{2}} \right) =  - \frac{1}{2}}, για «μεγάλα» x θα έχουμε \displaystyle{\left( {\frac{{x{e^x}}}{{{e^{2x}} - 1}} - \frac{1}{2}} \right)\frac{1}{{{x^2}}} \approx  - \frac{1}{{2{x^2}}}}, οπότε για m>0 το ολοκλήρωμα \displaystyle{\int\limits_m^\infty  {\left( {\frac{x}{{{e^x} - {e^{ - x}}}} - \frac{1}{2}} \right)\frac{1}{{{x^2}}}dx} } συγκλίνει. Άρα το αρχικό ολοκλήρωμα συγκλίνει.

Επίσης \displaystyle{I = \int\limits_0^\infty  {\left( {\frac{x}{{{e^x} - {e^{ - x}}}} - \frac{1}{2}} \right)\frac{1}{{{x^2}}}dx}  = \mathop  = \limits^{even}  = \frac{1}{2}\int\limits_{ - \infty }^\infty  {\left( {\frac{{x{e^x}}}{{{e^{2x}} - 1}} - \frac{1}{2}} \right)\frac{1}{{{x^2}}}dx}  = \frac{1}{2}\int\limits_{ - \infty }^\infty  {\frac{{2x{e^x} - {e^{2x}} + 1}}{{2\left( {{e^{2x}} - 1} \right){x^2}}}dx} }.

Έστω η μιγαδική συνάρτηση \displaystyle{f\left( z \right) = \frac{{2z{e^z} - {e^{2z}} + 1}}{{2\left( {{e^{2z}} - 1} \right){z^2}}}} και \displaystyle{f\left( 0 \right) =  - \frac{1}{{12}}}, τότε επειδή \displaystyle{\mathop {\lim }\limits_{z \to 0 + } f\left( z \right) =  - \frac{1}{{12}}} αυτή θα είναι αναλυτική στο άνω ημιεπίπεδο

και θα έχει απλούς πόλους (στο άνω ημιεπίπεδο) τους μιγαδικούς αριθμούς \displaystyle{{z_k} = i \cdot \pi  \cdot k,{\text{  }}k = 1,2,3,..}.

Επίσης \displaystyle{Res\left( {f\left( z \right);z = i \cdot \pi  \cdot k} \right) = \mathop {\lim }\limits_{z \to i \cdot \pi  \cdot k} \left( {\left( {z - i \cdot \pi  \cdot k} \right)\frac{{2z{e^z} - {e^{2z}} + 1}}{{2\left( {{e^{2z}} - 1} \right){z^2}}}} \right) = .. = {\left( { - 1} \right)^{k + 1}} \cdot \frac{i}{{2 \cdot \pi  \cdot k}}}.

Όμως αν \displaystyle{z = R \cdot {e^{i \cdot \theta }},{\text{  }}\theta  \in \left[ {0,\pi } \right]} θα έχουμε \displaystyle{\left| {f\left( z \right)} \right| = \frac{1}{{2{R^2}}}\frac{{\left| {2z{e^z} - {e^{2z}} + 1} \right|}}{{\left| {{e^{2z}} - 1} \right|}} \leqslant \frac{1}{{2{R^2}}}\frac{{2R{e^R} + {e^{2R}} + 1}}{{{e^{2R}} - 1}}\xrightarrow{{R \to \infty }}0}.

Επομένως αν \displaystyle{\left( c \right)} είναι το άνω ημικύκλιο με διάμετρο \displaystyle{AB} όπου \displaystyle{A\left( { - R,0} \right){\text{  \&   }}B\left( {R,0} \right)} θα ισχύει

\displaystyle{\begin{gathered} 
  \frac{1}{{2\pi i}}\int\limits_c {f\left( z \right)dz}  = \frac{1}{{2\pi i}}\int\limits_{ - \infty }^\infty  {\frac{{2x{e^x} - {e^{2x}} + 1}}{{2\left( {{e^{2x}} - 1} \right){x^2}}}dx}  = \sum\limits_{k = 1}^\infty  {Res\left( {f\left( z \right);z = i \cdot \pi  \cdot k} \right)}  = \sum\limits_{k = 1}^\infty  {{{\left( { - 1} \right)}^{k + 1}} \cdot \frac{i}{{2 \cdot \pi  \cdot k}}}  =  \hfill \\ 
   =  - \frac{i}{{2 \cdot \pi }} \cdot \sum\limits_{k = 1}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^k}}}{k}}  = \frac{{i \cdot \ln \left( 2 \right)}}{{2 \cdot \pi }} \Rightarrow \boxed{I = \frac{1}{2}\int\limits_{ - \infty }^\infty  {\frac{{2x{e^x} - {e^{2x}} + 1}}{{2\left( {{e^{2x}} - 1} \right){x^2}}}dx}  = \left( {\pi  \cdot i} \right)\frac{{i \cdot \ln \left( 2 \right)}}{{2 \cdot \pi }} =  - \frac{{\ln \left( 2 \right)}}{2}} \hfill \\  
\end{gathered} }

.. και χρόνια πολλά .. συνέχεια από μεθαύριο.
Σεραφείμ Τσιπέλης
kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#58

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 »

23) Nα υπολογισθεί το ολοκλήρωμα \displaystyle \int_{-\infty}^{+\infty}{e^{ikx}\frac{1-e^x}{e^x+1}}dx
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#59

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

kwstas12345 έγραψε:23) Nα υπολογισθεί το ολοκλήρωμα \displaystyle \int_{-\infty}^{+\infty}{e^{ikx}\frac{1-e^x}{e^x+1}}dx
Αρχικά θεώρησα πως το ολοκλήρωμα δεν συγκλίνει διότι

\displaystyle{\int_{ - \infty }^{ + \infty } {{e^{ikx}}\frac{{1 - {e^x}}}{{{e^x} + 1}}dx}  = \int_{ - \infty }^{ + \infty } {\frac{{1 - {e^x}}}{{{e^x} + 1}}\left( {\cos \left( {k  x} \right) + i  \sin \left( {k  x} \right)} \right)dx}  = 2  i  \int_0^{ + \infty } {\frac{{1 - {e^x}}}{{{e^x} + 1}}\sin \left( {k  x} \right)dx} },

με δεδομένο ότι η συνάρτηση \displaystyle{f\left( x \right) = \frac{{1 - {e^x}}}{{{e^x} + 1}}\cos \left( {k  x} \right)} είναι περιττή, ενώ η \displaystyle{g\left( x \right) = \frac{{1 - {e^x}}}{{{e^x} + 1}}\sin \left( {k  x} \right)} είναι άρτια.

Επίσης επειδή \displaystyle{\mathop {\lim }\limits_{x \to  + \infty } \left( {\frac{{1 - {e^x}}}{{{e^x} + 1}}} \right) =  - 1}, θεώρησα ότι το ολοκλήρωμα \displaystyle{\int_0^{ + \infty } {\frac{{1 - {e^x}}}{{{e^x} + 1}}\sin \left( {k  x} \right)dx} } αποκλίνει.

Σε συνεργασία με τον φίλο μου Αναστάση διαπιστώσαμε ότι δεν είναι έτσι τα πράγματα .. αλλά κάπως διαφορετικά :

1η λύση
\displaystyle{\int\limits_{ - \infty }^\infty  {{e^{i  k  x}}\frac{{1 - {e^x}}}{{1 + {e^x}}}dx}  = \mathop  = \limits^{{e^x} = y} {\text{ }} = \int\limits_0^\infty  {{y^{i  k}}\frac{{1 - y}}{{1 + y}}\frac{1}{y}dy}  = \int\limits_0^\infty  {{y^{i  k}}\left( {\frac{1}{y} - 1} \right)\frac{1}{{1 + y}}dy}  = \int\limits_0^\infty  {{y^{i  k}}\left( {\frac{1}{y} - 1} \right)\left( {\int\limits_0^\infty  {{e^{ - \left( {1 + y} \right)x}}dx} } \right)dy}  = }

\displaystyle{ = \int\limits_0^\infty  {{e^{ - x}}\left( {\int\limits_0^\infty  {\left( {{y^{i  k - 1}} - {y^{i  k}}} \right){e^{ - yx}}dy} } \right)dx}  = \int\limits_0^\infty  {{e^{ - x}}\left( {\frac{{\Gamma \left( {i  k} \right)}}{{{x^{i  k}}}} - \frac{{\Gamma \left( {i  k + 1} \right)}}{{{x^{i  k + 1}}}}} \right)dx}  = \int\limits_0^\infty  {{e^{ - x}}\left( {\frac{{\Gamma \left( {i  k} \right)}}{{{x^{i  k}}}} - \frac{{i  k  \Gamma \left( {i  k} \right)}}{{{x^{i  k + 1}}}}} \right)dx}  = }

\displaystyle{ = \Gamma \left( {i  k} \right)\int\limits_0^\infty  {\left( {{x^{ - i  k}} - i  k  {x^{ - i  k - 1}}} \right){e^{ - x}}dx}  = \Gamma \left( {ik} \right)\left( {\Gamma \left( {1 - ik} \right) - ik\Gamma \left( { - ik} \right)} \right) = \Gamma \left( {ik} \right)\left( {\Gamma \left( {1 - ik} \right) + \Gamma \left( {1 - ik} \right)} \right) = }

\displaystyle{ = 2  \Gamma \left( {i  k} \right)\Gamma \left( {1 - i  k} \right) = 2  \frac{\pi }{{\sin \left( {i  k  \pi } \right)}} = \frac{{4  i  \pi }}{{{e^{i\left( {i  k  \pi } \right)}} - {e^{ - i\left( {i  k  \pi } \right)}}}} = \frac{{4  i  \pi }}{{{e^{ - k  \pi }} - {e^{k  \pi }}}}}

με χρήση των τύπων \displaystyle{\int\limits_0^\infty  {{y^z}  {e^{ - y  x}}dy}  = \frac{{\Gamma \left( {z + 1} \right)}}{{{x^{z + 1}}}}{\text{  }}{\text{,     }}\Gamma \left( {z + 1} \right) = z  \Gamma \left( z \right){\text{  \&   }}\Gamma \left( z \right)\Gamma \left( {1 - {\text{ }}z} \right){\text{ = }}\frac{\pi }{{\sin \left( {\pi   {\text{z}}} \right)}}}

2η λύση
Έστω \displaystyle{f\left( z \right) = {e^{i  k  z}}  \frac{{1 - {e^z}}}{{{e^z} + 1}}}, αναλυτική στο άνω ημιεπίπεδο με πόλους \displaystyle{{z_n} = i\pi \left( {2n + 1} \right)} όπου

\displaystyle{Res\left( {f\left( z \right),{z_n}} \right) = {e^{i  k  i\pi \left( {2n + 1} \right)}}  \left( {1 - {e^{i\pi \left( {2n + 1} \right)}}} \right)\mathop {\lim }\limits_{z \to i\pi \left( {2n + 1} \right)} \frac{{z - i\pi \left( {2n + 1} \right)}}{{{e^z} + 1}} =  - 2  {e^{ - k  \pi   \left( {2n + 1} \right)}}}

Για \displaystyle{z = R  {e^{i\theta }}} με \displaystyle{\theta  \in \left[ {0,\pi } \right]}: \displaystyle{f\left( z \right) = {e^{i  k  R  {e^{i\theta }}}}  \frac{{1 - {e^{R  {e^{i\theta }}}}}}{{{e^{R  {e^{i\theta }}}} + 1}} = {e^{i  k  R  \cos \left( \theta  \right)}}  {e^{ - k  R  \sin \left( \theta  \right)}}  \frac{{1 - {e^{R  \cos \left( \theta  \right)}}{e^{i  R  \sin \left( \theta  \right)}}}}{{{e^{R  \cos \left( \theta  \right)}}{e^{i  R  \sin \left( \theta  \right)}} + 1}} \Rightarrow }

\displaystyle{ \Rightarrow \left| {f\left( z \right)} \right| = {e^{ - k  R  \sin \left( \theta  \right)}}  \left| {\frac{{1 - {e^{R  \cos \left( \theta  \right)}}{e^{i  R  \sin \left( \theta  \right)}}}}{{{e^{R  \cos \left( \theta  \right)}}{e^{i  R  \sin \left( \theta  \right)}} + 1}}} \right| \leqslant {e^{ - k  R  \sin \left( \theta  \right)}}  \frac{{\left| {1 - {e^{R  \cos \left( \theta  \right)}}} \right|}}{{{e^{i  R  \sin \left( \theta  \right)}} + 1}}\xrightarrow{{R \to \infty }}0}

Αν \displaystyle{\left( c \right)} είναι το άνω ημικύκλιο με διάμετρο AB όπου \displaystyle{A\left( { - R,0} \right){\text{  \&   }}B\left( {R,0} \right)} τότε \displaystyle{\int\limits_c {f\left( z \right)dz}  = 2\pi i\sum\limits_{n = 1}^\infty  {Res\left( {f\left( z \right),{z_n}} \right)} } και με \displaystyle{R \to  + \infty } έχουμε

\displaystyle{\int_{ - \infty }^{ + \infty } {{e^{ikx}}\frac{{1 - {e^x}}}{{{e^x} + 1}}dx}  = 2\pi i  \sum\limits_{n = 0}^\infty  { \left(- 2  {e^{ - k  \pi   \left( {2n + 1} \right)\right)}}}  =  - 4i\pi \frac{{{e^{ - k\pi }}}}{{1 - {e^{ - 2k\pi }}}} = \frac{{4i\pi }}{{{e^{ - k\pi }} - {e^{k\pi }}}}}

Πανέμορφο.
Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#60

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

\displaystyle{24)} Ας υπολογισθεί το \displaystyle{\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\cos\left(k\cdot \ln(\tan(x))\right)\,dx,\quad k\in\mathbb R}.
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Απάντηση

Επιστροφή στο “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 4 επισκέπτες