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

#101

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:51) \displaystyle{ \int^{\frac{\pi}{2}}_{0} \ln (\cos x) \ln (\sin x) \sin (2x) \ dx }.
\displaystyle{I = \int_0^{\pi /2} {\ln \left( {\sin \left( x \right)} \right)\ln \left( {\cos \left( x \right)} \right)\sin \left( {2x} \right)dx} } . Τότε

\displaystyle{I = \frac{1}{4}\int_0^{\pi /2} {\ln \left( {{{\sin }^2}\left( x \right)} \right)\ln \left( {{{\cos }^2}\left( x \right)} \right)\sin \left( {2x} \right)dx}  = \frac{1}{4}\int_0^{\pi /2} {\ln \left( {\frac{{1 - \cos \left( {2x} \right)}}{2}} \right)\ln \left( {\frac{{1 + \cos \left( {2x} \right)}}{2}} \right)\sin \left( {2x} \right)dx}  = \mathop  = \limits^\big{{\cos \left( {2x} \right) = y}}  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{8}\int_{ - 1}^1 {\ln \left( {\frac{{1 - y}}{2}} \right)\ln \left( {\frac{{1 + y}}{2}} \right)dy}  = \mathop  = \limits^\big{{\dfrac{{1 - y}}{2} = x}}  = \frac{1}{4}\int_0^1 {\ln \left( x \right)\ln \left( {1 - x} \right)dx}  =  - \frac{1}{4}\int_0^1 {\ln \left( x \right)\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{x^n}}}{n}} dx}  =  - \frac{1}{4}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{n}\int\limits_0^1 {\ln \left( x \right){x^n}dx} }  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{4}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{n{{\left( {n + 1} \right)}^2}}}}  = \frac{1}{4}\left( {\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{1}{n} - \frac{1}{{n + 1}} - \frac{1}{{{{\left( {n + 1} \right)}^2}}}} \right)} } \right) = \frac{1}{4}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{1}{n} - \frac{1}{{n + 1}}} \right)}  - \frac{1}{4}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{{{\left( {n + 1} \right)}^2}}}}  = \frac{1}{4} - \frac{1}{4}\left( {\frac{{{\pi ^2}}}{6} - 1} \right) = \frac{1}{2} - \frac{{{\pi ^2}}}{{24}}}
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

#102

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

52) Ας υπολογισθεί το \displaystyle{\int_{0}^{1}\frac{\ln x}{x^2-x-1}\,dx} χωρίς χρήση μιγαδικής ανάλυσης (αν είναι δυνατόν).
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Άβαταρ μέλους
S.E.Louridas
Δημοσιεύσεις: 6171
Εγγραφή: Σάβ Μαρ 21, 2009 10:53 am
Τοποθεσία: Aegaleo.
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#103

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από S.E.Louridas »

Αποσύρω γιά λίγο την διαπραγμάτευση μου, ώστε να ελεγχθούν κάποιες πράξεις εκεί.

Ευχαριστώ

S.E.Louridas
S.E.Louridas

1.Μιλώ, μόνο όταν έχω να πώ κάτι καλύτερο από την σιωπή (Πυθαγόρας).
2.Οι αξίες αντανακλώνται, Δεν επιβάλλονται.
3.Είναι Κορυφαία η κάθε στιγμή επίλυσης ενός Μαθηματικού προβλήματος.
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#104

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:52) Ας υπολογισθεί το \displaystyle{\int_{0}^{1}\frac{\ln x}{x^2-x-1}\,dx} χωρίς χρήση μιγαδικής ανάλυσης (αν είναι δυνατόν).
Με διλογαριθμική.

Η εξίσωση \displaystyle{{x^2} - x - 1 = 0} δίδει λύσεις \displaystyle{{r_1} = \varphi  = \frac{{1 + \sqrt 5 }}{2}} και \displaystyle{{r_2} = \frac{{1 - \sqrt 5 }}{2} = 1 - \varphi } , όπου \displaystyle{{r_1} - {r_2} = \sqrt 5 } , \displaystyle{{\varphi ^2} = \varphi  + 1{\text{  }}{\text{,  }}\frac{{\varphi  - 1}}{\varphi } = \frac{1}{{{\varphi ^2}}}} κ.λ.π.

Ανάλυση σε απλά κλάσματα ..

\displaystyle{I = \frac{1}{{{r_1} - {r_2}}} \cdot \int\limits_0^1 {\ln x\left( {\frac{1}{{x - \varphi }} - \frac{1}{{x - \left( {1 - \varphi } \right)}}} \right)dx}  = \frac{1}{{\sqrt 5 }} \cdot \int\limits_0^1 {\ln x\left( {\frac{1}{{x - \varphi }} - \frac{\varphi }{{\varphi x + 1}}} \right)dx}  = \frac{1}{{\sqrt 5 }} \cdot \int\limits_0^1 {\frac{{\ln x}}{{x - \varphi }}dx}  - \frac{\varphi }{{\sqrt 5 }} \cdot \int\limits_0^1 {\frac{{\ln y}}{{\varphi y + 1}}dy} \mathop {\mathop  = \limits_{\varphi y = u} }\limits^{x = \varphi  \cdot u}  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{{\sqrt 5 }} \cdot \int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln \left( {\varphi u} \right)}}{{u - 1}}du}  - \frac{1}{{\sqrt 5 }} \cdot \int\limits_0^\varphi  {\frac{{\ln \left( {u/\varphi } \right)}}{{u + 1}}du}  = \frac{{\ln \varphi }}{{\sqrt 5 }}\left( {\int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{1}{{u - 1}}dx}  + \int\limits_0^\varphi  {\frac{1}{{u + 1}}du} } \right) - \frac{1}{{\sqrt 5 }}\left( {\int\limits_0^\varphi  {\frac{{\ln \left( u \right)}}{{1 + u}}du}  + \int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln u}}{{1 - u}}du} } \right) = }

\displaystyle{ = \frac{{\ln \varphi }}{{\sqrt 5 }}\left( {\ln \left( {1 - \frac{1}{\varphi }} \right) + \ln \left( {1 + \varphi } \right)} \right) - \frac{1}{{\sqrt 5 }}\left( {\int\limits_0^\varphi  {\frac{{\ln \left( u \right)}}{{1 + u}}du}  + \int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln u}}{{1 - u}}du} } \right) = \frac{{\ln \varphi }}{{\sqrt 5 }}\ln \left( {\frac{{{\varphi ^2} - 1}}{\varphi }} \right) - \frac{1}{{\sqrt 5 }}\left( {\int\limits_0^\varphi  {\frac{{\ln \left( u \right)}}{{1 + u}}du}  + \int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln u}}{{1 - u}}du} } \right) = }

\displaystyle{ =  - \frac{1}{{\sqrt 5 }}\left( {\int\limits_0^\varphi  {\frac{{\ln \left( u \right)}}{{1 + u}}du}  + \int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln u}}{{1 - u}}du} } \right) =  - \frac{1}{{\sqrt 5 }}\left( {\int\limits_1^{\varphi  + 1} {\frac{{\ln \left( {u - 1} \right)}}{u}du}  + \int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln u}}{{1 - u}}du} } \right) =  - \frac{1}{{\sqrt 5 }}\left( {\int\limits_1^{{\varphi ^2}} {\frac{{\ln \left( {u - 1} \right)}}{u}du}  + \int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln u}}{{1 - u}}du} } \right) = }

\displaystyle{ =  - \frac{1}{{\sqrt 5 }}\left( {\int\limits_{1/{\varphi ^2}}^1 {\frac{{\ln \left( {1 - u} \right) - \ln \left( u \right)}}{u}du}  + \int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln \left( u \right)}}{{1 - u}}du} } \right) =  - \frac{1}{{\sqrt 5 }}\left( {\int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln \left( u \right) - \ln \left( {1 - u} \right)}}{{1 - u}}du}  + \int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln \left( u \right)}}{{1 - u}}du} } \right) = } (++)

\displaystyle{ =  - \frac{2}{{\sqrt 5 }}\int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln \left( u \right)}}{{1 - u}}du}  + \frac{1}{{\sqrt 5 }}\int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln \left( {1 - u} \right)}}{{1 - u}}du}  =  - \frac{2}{{\sqrt 5 }}\int\limits_0^{1/\varphi } {\frac{{\ln \left( u \right)}}{{1 - u}}du}  - \frac{2}{{\sqrt 5 }}{\ln ^2}\left( \varphi  \right) =  - \frac{2}{{\sqrt 5 }}\int\limits_{1/{\varphi ^2}}^1 {\frac{{\ln \left( {1 - u} \right)}}{u}du}  - \frac{2}{{\sqrt 5 }}{\ln ^2}\left( \varphi  \right) = }

\displaystyle{ =  - \frac{2}{{\sqrt 5 }}\left( {\int\limits_0^1 {\frac{{\ln \left( {1 - u} \right)}}{u}du}  - \int\limits_0^{1/{\varphi ^2}} {\frac{{\ln \left( {1 - u} \right)}}{u}du} } \right) - \frac{2}{{\sqrt 5 }}{\ln ^2}\left( \varphi  \right)\mathop  = \limits^{\left\lfloor {**} \right\rfloor }  \Rightarrow \boxed{{\rm I} = \frac{{{\pi ^2}}}{{3\sqrt 5 }} + \frac{2}{{\sqrt 5 }}\int\limits_0^{1/{\varphi ^2}} {\frac{{\ln \left( {1 - u} \right)}}{u}du}  - \frac{2}{{\sqrt 5 }}{{\ln }^2}\left( \varphi  \right)}} .

Με χρήση όμως της διλογαριθμικής συνάρτησης http://mathworld.wolfram.com/Dilogarithm.html

\displaystyle{{f_2}\left( z \right) = \int\limits_z^0 {\frac{{\ln \left( {1 - x} \right)}}{x}dx}  =  - \int\limits_0^z {\frac{{\ln \left( {1 - x} \right)}}{x}dx} } και με δεδομένο ότι \displaystyle{{f_2}\left( {{\varphi ^{ - 2}}} \right) = \frac{{{\pi ^2}}}{{15}} - {\ln ^2}\left( \varphi  \right)} έχουμε

\displaystyle{I = \frac{{{\pi ^2}}}{{3\sqrt 5 }} - \frac{2}{{\sqrt 5 }}{f_2}\left( {\frac{1}{{{\varphi ^2}}}} \right) - \frac{2}{{\sqrt 5 }}{\ln ^2}\left( \varphi  \right) = \frac{{{\pi ^2}}}{{3\sqrt 5 }} - \frac{2}{{\sqrt 5 }}\left( {\frac{{{\pi ^2}}}{{15}} - {{\ln }^2}\left( \varphi  \right)} \right) - \frac{2}{{\sqrt 5 }}{\ln ^2}\left( \varphi  \right) = \frac{{{\pi ^2}}}{{3\sqrt 5 }} - \frac{{2{\pi ^2}}}{{15\sqrt 5 }} \Rightarrow \boxed{\int\limits_0^1 {\frac{{\ln \left( x \right)}}{{{x^2} - x - 1}}dx}  = \frac{{{\pi ^2}}}{{5\sqrt 5 }}}} .

Την διλογαριθμική συνάρτηση την μελετήσαμε κι εδώ … viewtopic.php?f=9&t=12954&hilit=+dunkel στο πρόβλημα Νο 9 (με ανάλυση και αποδείξεις σχέσεων και τύπων).

\displaystyle{\left\lfloor {**} \right\rfloor } Χρησιμοποιήθηκε το \displaystyle{\int\limits_0^1 {\frac{{\ln \left( {1 - x} \right)}}{x}dx}  = \int\limits_0^1 {\frac{{\ln \left( x \right)}}{{1 - x}}dx}  = \int\limits_0^1 {\ln \left( x \right)\sum\limits_{n = 0}^\infty  {{x^n}} dx}  = \sum\limits_{n = 0}^\infty  {\int\limits_0^1 {{x^n}\ln \left( x \right)dx} }  =  - \sum\limits_{n = 0}^\infty  {\frac{1}{{{{\left( {n + 1} \right)}^2}}}}  =  - \frac{{{\pi ^2}}}{6}} .

(++) Χρησιμοποιήθηκαν διαδοχικά οι μετασχηματισμοί : \displaystyle{u \to \frac{1}{u}{\text{   \&    }}u \to 1 - u} με κατάλληλες αλλαγές στα όρια ολοκλήρωσης.

Υποψιάζομαι ότι με χρήση διπλών ολοκληρωμάτων ίσως απλουστευτούν τα πράγματα.
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

#105

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

53) Ας αποδειχθεί ότι \displaystyle{ 
\int_0^{ + \infty } {\frac{{\sin ax}} 
{{\exp \left( {2\pi x} \right) - 1}}dx =  - \frac{1} 
{{2a^2}} + \frac{1} 
{4}\frac{{e^a  + 1}} 
{{e^a  - 1}}\;\;\;0}  < \left| {\mathfrak{Im} \,a} \right| < 2\pi  
}

(Διορθώθηκε)
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος Κοτρώνης Αναστάσιος την Τετ Μάιος 11, 2011 2:39 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
vzf
Δημοσιεύσεις: 313
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 28, 2010 11:11 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#106

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από vzf »

54) Nα υπολογιστεί το \int_{-\infty}^{+\infty}{xe^{-\lambda x^2}}dx,όπου x,λ πραγματικοί αριθμοί.
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#107

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:53) Ας αποδειχθεί ότι \displaystyle{ 
\int_0^{ + \infty } {\frac{{\sin ax}} 
{{\exp \left( {2\pi x} \right) - 1}}dx =  - \frac{1} 
{{2a^2}} + \frac{1} 
{4}\frac{{e^a  + 1}} 
{{e^a  - 1}}\;\;\;0}  < \left| {\mathfrak{Im} \,a} \right| < 2\pi  
}
Θα χρησιμοποιηθούν δύο τύποι

1) \displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\sin \left( {ax} \right){e^{ - y \cdot x}}dx}  = \frac{a}{{{a^2} + {y^2}}}} (Μετασχηματισμός Laplace της \displaystyle{f\left( x \right) = \sin \left( {ax} \right)} ) και 2) \displaystyle{\sum\limits_{n =  - \infty }^\infty  {\left( {\frac{1}{{x + n}}} \right)}  = \frac{\pi }{{\tan \left( {\pi x} \right)}}} (αποδείχθηκε εδώ viewtopic.php?f=9&t=15190 )

\displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin \left( {ax} \right)}}{{{e^{2\pi x}} - 1}}dx}  = \int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin \left( {ax} \right){e^{ - 2\pi x}}}}{{1 - {e^{ - 2\pi x}}}}dx}  = \int\limits_0^\infty  {\sin \left( {ax} \right){e^{ - 2\pi x}}\sum\limits_{n = 0}^\infty  {{e^{ - 2\pi nx}}} dx}  = \sum\limits_{n = 0}^\infty  {\int\limits_0^\infty  {\sin \left( {ax} \right){e^{ - \left( {2n + 2} \right)\pi x}}dx} }  =}

\displaystyle{= \sum\limits_{n = 0}^\infty  {\frac{a}{{{a^2} + {\pi ^2}{{\left( {2n + 2} \right)}^2}}}}  = \mathop  = \limits^{a/(2\pi ) = z}  = \frac{1}{{4{\pi ^2}}}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{{n^2} + {z^2}}}}  = \frac{1}{{4{\pi ^2}}}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{\left( {n + iz} \right)\left( {n - iz} \right)}}}  =}

\displaystyle{= \frac{{ - 1}}{{8iz{\pi ^2}}}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{1}{{n + iz}} - \frac{1}{{n - iz}}} \right)}  = \frac{{ - 1}}{{8iz{\pi ^2}}}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{1}{{iz + n}} + \frac{1}{{iz - n}}} \right)}  = \frac{{ - 1}}{{8iz{\pi ^2}}}\left( { - \frac{1}{{iz}} + \sum\limits_{n =  - \infty }^\infty  {\left( {\frac{1}{{iz + n}}} \right)} } \right) =}

\displaystyle{= \frac{{ - 1}}{{8{z^2}{\pi ^2}}} - \frac{1}{{8iz{\pi ^2}}}\sum\limits_{n =  - \infty }^\infty  {\left( {\frac{1}{{iz + n}}} \right)}  =  - \frac{1}{{2{a^2}}} - \frac{1}{{4ia\pi }} \cdot \frac{\pi }{{\tan \left( {i\pi z} \right)}} =  - \frac{1}{{2{a^2}}} - \frac{1}{{4ia}}\cdot \frac{1}{{\tan \left( {i\dfrac{a}{2}} \right)}} =}

\displaystyle{=  - \frac{1}{{2{a^2}}} - \frac{1}{{4a}} \cdot \frac{{{e^{ - \dfrac{a}{2}}} + {e^{\dfrac{a}{2}}}}}{{{e^{ - \dfrac{a}{2}}} - {e^{\dfrac{a}{2}}}}} =  - \frac{1}{{2{a^2}}} + \frac{1}{{4a}} \cdot \frac{{{e^{\dfrac{a}{2}}} + {e^{ - \dfrac{a}{2}}}}}{{{e^{\dfrac{a}{2}}} - {e^{ - \dfrac{a}{2}}}}} \Rightarrow \boxed{\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin \left( {ax} \right)}}{{{e^{2\pi x}} - 1}}dx}  =  - \frac{1}{{2{a^2}}} + \frac{1}{{4a}} \cdot \frac{{{e^a} + 1}}{{{e^a} - 1}}}}
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος Σεραφείμ την Τετ Μάιος 18, 2011 11:28 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά 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

#108

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

\displaystyle{55)} Δείξτε ότι \displaystyle{I:=\int_{-\infty }^{\infty }\int_{-\infty }^{\infty }{\rm sign}(x){\rm sign}(y)e^{-\frac{x^2+y^2}{2}}\sin (xy)\,dx\,dy=2\sqrt{2}\log (1+\sqrt{2})}, όπου

\displaystyle{{\rm sign}(x)=\begin{cases}1, & x>0 \\ 0, & x=0 \\ -1, & x<0\end{cases}}.
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#109

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:\displaystyle{55)} Δείξτε ότι \displaystyle{I:=\int_{-\infty }^{\infty }\int_{-\infty }^{\infty }{\rm sign}(x){\rm sign}(y)e^{-\frac{x^2+y^2}{2}}\sin (xy)\,dx\,dy=2\sqrt{2}\log (1+\sqrt{2})}, όπου

\displaystyle{{\rm sign}(x)=\begin{cases}1, & x>0 \\ 0, & x=0 \\ -1, & x<0\end{cases}}.
Με δεδομένο ότι \displaystyle{\left| {{\text{sign}}(x){\text{sign}}(y){e^{ - \dfrac{{{x^2} + {y^2}}}{2}}}\sin (xy)} \right| \leqslant {e^{ - \dfrac{{{x^2} + {y^2}}}{2}}}} και ότι \displaystyle{\int_{ - \infty }^\infty  {\int_{ - \infty }^\infty  {{e^{ - \dfrac{{{x^2} + {y^2}}}{2}}}dx} dy}  = \frac{\pi }{2}} (η απόδειξή του βρίσκεται .. παντού),

μπορούμε να «σπάσουμε» τα ολοκληρώματα σε \displaystyle{\int\limits_{ - \infty }^{ + \infty } {..}  = \int\limits_{ - \infty }^0 {..}  + \int\limits_0^{ + \infty } {..} }

Τότε (εύκολα) καταλήγουμε στο \displaystyle{I = \int_{ - \infty }^\infty  {\left( {\int_{ - \infty }^\infty  {{\text{sign}}(x){\text{sign}}(y){e^{ - \dfrac{{{x^2} + {y^2}}}{2}}}\sin (xy)dx} } \right)dy}  = 4\int_0^\infty  {\int_0^\infty  {{e^{ - \dfrac{{{x^2} + {y^2}}}{2}}}\sin (xy)\;dx} \;dy} }

Κάνοντας τον μετασχηματισμό \displaystyle{x = r\cos u{\text{  \&    }}y = r\sin u} , η Ιακωβιανή δίδεται από \displaystyle{\frac{{\partial \left( {x,y} \right)}}{{\partial \left( {r,u} \right)}} = \left| {\begin{array}{*{20}{c}} 
   \begin{gathered} 
  \dfrac{{\partial x}}{{\partial r}} \hfill \\ 
   \hfill \\  
\end{gathered}  & \begin{gathered} 
  \dfrac{{\partial x}}{{\partial u}} \hfill \\ 
   \hfill \\  
\end{gathered}   \\  
   {\dfrac{{\partial y}}{{\partial r}}} & {\dfrac{{\partial y}}{{\partial u}}}  \\  
\end{array} } \right| = \left| {\begin{array}{*{20}{c}} 
   {\cos u} & { - r\sin u}  \\  
   {\sin u} & {r\cos u}  \\  
\end{array} } \right| = r} , οπότε

\displaystyle{I = 4\int\limits_0^{\pi /2} {\int\limits_0^\infty  {r \cdot {e^{ - {r^2}/2}}\sin \left( {\frac{{{r^2}}}{2}\sin \left( {2u} \right)} \right)\;dr\;} du}  = \mathop  = \limits^{{r^2}/2 = y}  = 4\int\limits_0^{\pi /2} {\int\limits_0^\infty  {{e^{ - y}}\sin \left( {y \cdot \sin \left( {2u} \right)} \right)\;dy} du} }

Όμως \displaystyle{\int_0^\infty  {{e^{ - y}}\sin \left( {y\sin \left( {2u} \right)} \right)dy}  = \frac{{\sin \left( {2u} \right)}}{{1 + {{\sin }^2}\left( {2u} \right)}}} (μετασχηματισμός Laplace : \displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\sin \left( {ax} \right){e^{ - s \cdot x}}dx}  = \frac{a}{{{a^2} + {s^2}}}} ) και τελικά

\displaystyle{I = 4\int_0^{\pi /2} {\frac{{\sin \left( {2u} \right)}}{{1 + {{\sin }^2}\left( {2u} \right)}}du}  = \mathop  = \limits^{2u = x}  = 2\int_0^\pi  {\frac{{\sin \left( x \right)}}{{1 + {{\sin }^2}\left( x \right)}}dx}  = 2\left( {\int_0^{\pi /2} {\frac{{\sin \left( x \right)}}{{1 + {{\sin }^2}\left( x \right)}}dx}  + \int_{\pi /2}^\pi  {\frac{{\sin \left( y \right)}}{{1 + {{\sin }^2}\left( y \right)}}dy} } \right) = \mathop  = \limits^{y = \pi  - x}  = }

\displaystyle{ = 4\int_0^{\pi /2} {\frac{{\sin \left( x \right)}}{{1 + {{\sin }^2}\left( x \right)}}dx}  = \mathop  = \limits^{\cos x = y}  =  - 4\int\limits_0^1 {\frac{1}{{{y^2} - 2}}dy}  =  - \sqrt 2 \int\limits_0^1 {\left( {\frac{1}{{y - \sqrt 2 }} - \frac{1}{{y + \sqrt 2 }}} \right)dy}  =  - \sqrt 2 \left[ {\ln \left| {\frac{{y - \sqrt 2 }}{{y + \sqrt 2 }}} \right|} \right]_0^1 = 2\sqrt 2 \ln \left( {1 + \sqrt 2 } \right)} .

Edit : Διόρθωσα κάποια διαφορικά που ο δαίμονας του copy-paste τα διατήρησε.
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος Σεραφείμ την Τετ Μάιος 18, 2011 10:41 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά 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

#110

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

Τέλεια! Μια ακόμα λύση (για το 55)) εδώ με λίγη μιγαδική τουρλουμπούκι..

.
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

#111

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

56) \displaystyle{\int_0^{ + \infty } {\frac{{\cos t^2  - \sin t^2 }}{{1 + t^4 }}} dt}.
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
dement
Διευθύνον Μέλος
Δημοσιεύσεις: 1419
Εγγραφή: Τρί Δεκ 23, 2008 10:11 am

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#112

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από dement »

Ετσι για να σπάσω λίγο την ακολουθία Κοτρώνης-Σεραφείμ-Κοτρώνης...

Ολοκληρώνουμε την \displaystyle \frac{e^{iz^2}}{1 + z^4} στο πρώτο τεταρτημόριο (θετικός πραγματικός άξονας, τεταρτοκύκλιο και θετικός φανταστικός άξονας).

Θέτουμε \displaystyle I = \int_0^{+ \infty} \frac{\cos t^2 - \sin t^2}{1 + t^4} dt.

Από τον πραγματικό άξονα έχουμε \displaystyle \int_0^{+ \infty} \frac{\cos t^2 + i \sin t^2}{1 + t^4} dt ενώ από τον φανταστικό \displaystyle -i \int_0^{+ \infty} \frac{\cos t^2 - i \sin t^2}{1 + t^4} dt, δηλαδή συνολικά (1 - i) I. Το ολοκλήρωμα στο τεταρτοκύκλιο τείνει στο 0.

Ο πόλος στο e^{i \pi / 4} έχει υπόλοιπο \displaystyle r = \frac{e^{-3 \pi i / 4}}{4 e}, έτσι το ολοκλήρωμα ισούται με \displaystyle 2 \pi i r = (1-i) \frac{\pi}{2 \sqrt{2} e}.

Αρα \displaystyle I = \frac{\pi}{2 \sqrt{2} e}.
Δημήτρης Σκουτέρης

Τα μαθηματικά είναι η μοναδική επιστήμη που θα μπορούσε κανείς να εξακολουθήσει να ασκεί αν κάποτε ξυπνούσε και το σύμπαν δεν υπήρχε πλέον.
kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#113

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 »

56 Μια απάντηση: Επειδή η συνάτηση μέσα στο ολοκλήρωμα είναι άρτια θα ισχύει ότι: \displaystyle \int_{0}^{+\infty}{\frac{\cos t^2-\sin t^2}{t^4+1}}dt=\frac{1}{2}\int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{\cos t^2-\sin t^2}{t^4+1}}dt.

Όμως \displaystyle cos t^2-\sin t^2=\cos t^2+\cos \left(\frac{\pi}{4}+t^2 \right)=\sqrt{2}{\cos\left(\frac{\pi}{4}+t^2 \right)} άρα \displaystyle \int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{\cos t^2-\sin t^2}{t^4+1}}dt=\sqrt{2}\int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{\cos \left(t^2+\frac{\pi}{4} \right)}{t^4+1}}dt.

Θεωρούμε την μιγαδική συνάρτηση \displaystyle f\left(z \right)=\frac{e^{i\left(\frac{\pi}{4}+z^2 \right)}}{z^4+1} η οποία έχει πόλους τις ρίζες της t^4+1 ή \displaystyle z^4+1=0\Leftrightarrow z^4+2z^2+1-2z^2=0\Leftrightarrow \left(z^2-\sqrt{2}z+1 \right)\left(z^4+\sqrt{2}z+1 \right)= \displaystyle 0\Leftrightarrow z=\pm \frac{\sqrt{2}}{2}\left( i+1\right),z=\pm \frac{\sqrt{2}}{2}\left( i-1\right).

Από αυτές μόνο οι \displaystyle z_{1}=\frac{\sqrt{2}}{2}\left(i+1 \right),z_{2}=\frac{\sqrt{2}}{2}\left(i-1 \right) βρίσκονται στο άνω ημιεπίπεδο.

Θεωρούμε κλειστή καμπύλη θετικά προσανατολισμένη, που να περιέχει τους δύο αυτούς πόλους άρα \displaystyle \int _{C} f\left(z \right)dz=2\pi i \left(Res_{z=z_{1}}f\left(z \right) +Res_{z=z_{2}}f\left( \right)\right).

Στο παρανισμαστή η συνάρτηση είναι μερόμορφη άρα:\displaystyle Res_{z=z_{1}}f\left(z \right)=\frac{\sqrt{2}}{2}\frac{e^{iz^2}}{\left(z^4+1 \right)'}_{z=z_{1}}=\frac{e^{-1}\left(i+1 \right)}{4\left(i-1 \right)} και \displaystyle Res_{z=z_{2}}f\left(z \right)=\frac{\sqrt{2}}{2}\frac{e^{iz^2}}{\left(z^4+1 \right)'}_{z=z_{1}}=\frac{e\left(i+1 \right)}{4\left(i+1 \right)}=\frac{e}{4}.\

Άρα : \displaystyle \int _{C} f\left(z \right)dz=\frac{\pi i}{2\left(i-1 \right)}\left(ei-e+e^{-1}i+e^{-1} \right).

Θέτουμε τώρα \displaystyle z=Re^{it}, dt=iRe^{it}, 0\leqslant t\leqslant \pi άρα \displaystyle \int_{0}^{\pi}{\frac{e^{R^2 e^{-2t}+\frac{i\pi}{4}}}{R^4e^{4it}+1}iRe^{it} dt}+\int_{-R}^{+R}{\frac{e^{i\left(t^2+\pi/4 \right)}}{t^4+1}}dt=\frac{\pi i}{2\left(i-1 \right)}\left(ei-e+e^{-1}i+e^{-1} \right)

Καθώς \displaystyle R\rightarrow +\infty \Rightarrow \lim_{R\rightarrow +\infty}\int_{0}^{\pi}{\frac{e^{i\left(t^2+\pi/4 \right)}}{R^4e^{4it}+1}}iRe^{it} dt=0.

Άρα \displaystyle \int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{e^{i\left(t^2+\pi/4} \right)}{t^4+1}}dt=\frac{i\pi e}{2}+\frac{\pi}{2e} ή \displaystyle \int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{\cos\left(t^2+\frac{\pi}{4} \right)}{t^4+1}}dt+i\int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{\sin\left(t^2+\frac{\pi}{4} \right)}{t^4+1}}dt=\frac{\pi e i}{2}+\frac{\pi}{2e}.

Εξισώσονοντας πραγματικά και φανταστικά μέρη: \displaystyle \boxed{\int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{\cos\left(t^2+\frac{\pi}{4} \right)}{t^4+1}}dt\frac{\pi}{2e}} και \displaystyle \boxed{\int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{\sin\left(t^2+\frac{\pi}{4} \right)}{t^4+1}}dt=\frac{\pi e}{2}}.

Άρα : \displaystyle{\displaystyle \int_{0}^{+\infty}{\frac{\cos t^2-\sin t^2}{t^4+1}}dt=\frac{\sqrt{2}}{2}\int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{\cos\left(t^2+\frac{\pi}{4} \right)}{t^4+1}}dt} Kαι τελικά: \displaystyle{\displaystyle \boxed{\int_{0}^{+\infty}{\frac{\cos t^2-\sin t^2}{t^4+1}}dt=\frac{\pi}{2\sqrt{2}e}}}
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος kwstas12345 την Παρ Δεκ 09, 2011 7:25 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#114

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

Άντε μπράβο βρε παιδιά. Παίξτε μας και μας λίγο...!
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#115

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 »

48 Να δειχτεί: \displaystyle \int_{0}^{+\infty}{\frac{dx}{\left(x^2+2ax+1 \right)^2}}=\frac{\left(2a+3 \right)\pi}{2^{7/2}(a+1)^{\frac{3}{2}}}.

Λύση: Άρχικά έστω a>1 τότε \displaystyle \int_{0}^{+\infty}{\frac{dx}{\left(x^2+2ax+1 \right)^2}}=\frac{1}{2}\int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{dx}{\left(x^2+2ax+1 \right)^2}} τότε θεωρούμε την συνάρτηση \displaystyle f\left(z \right)=\frac{1}{\left(z^4+2az^2+1 \right)^2}.

Η συνάρτηση αυτή έχει πόλους 2ης τάξης τους αριθμούς \displaystyle \pm i\sqrt{a+\sqrt{a^2-1}},\pm i\sqrt{a-\sqrt{a^2-1}} από αυτούς βρίσκονται στο άνω ημιεπίπεδο οι \displaystyle i\sqrt{a+\sqrt{a^2-1}}, i\sqrt{a-\sqrt{a^2-1}}. Θεωρούμε κλιεστά θετική προσανατολισμένο ημικύκλιο ακτίνας R μεγαλύτερης του μέτρου των πόλων.

Tότε: \displaystyle \int _{C}f\left(z \right)dz=2\pi \sum_{k=1}^{2}{Res_{z=z_{1}} f\left(\left(z \right) \right)}. Έστω \displaystyle z_{1}=i\sqrt{a+\sqrt{a^2-1}},z_{2}=i\sqrt{a-\sqrt{a^2-1}} τότε:

\displaystyle Res_{z=z_{1}}f\left(z \right)=\frac{1}{1!}\lim_{z\rightarrow z_{1}}\left[\left(z-z_{1} \right)^2 f\left(z \right) \right]'=\lim_{z\rightarrow z_{1}}\left[\frac{1}{\left(z+z_{1} \right)\left(z^2-z_{2}^2 \right)^2} \right]' \displaystyle \lim_{z\rightarrow z_{1}}\frac{2\left(z_{2}^2-x\left(2z_{1}+3x \right) \right)}{\left(z_{1}+z \right)^3\left(z^2-z_{2}^2 \right)^3}=\frac{z_{2}^2-5z_{1}^2}{4z_{1}^3\left(z_{1}^2-z_{2}^2 \right)^3}

Όμοια θα είναι \displaystyle Res_{z=z_{2}}f\left(z \right)=\frac{z_{1}^2-5z_{2}^2}{4z_{2}^3\left(z_{1}^2-z_{2}^2 \right)^3}.

Άρα το αθροισμά των Residue θα είναι \displaystyle \frac{z_{2}^5-5z_{1}^2z_{2}^3-z_{1}^{5}+5z_{2}^3z_{1}^2}{4\left(z_{1} z_{2} \right)^3\left(z_{1}-z_{2}^2 \right)^3}.

Επειδή \displaystyle z_{1}z_{2}=-\sqrt{\left(a-\sqrt{a^2-1} \right)\left(a+\sqrt{a^2-1} \right)}=-1 και \displaystyle \left(z_{2}-z_{1} \right)\left(z_{1}^4+z_{2}^4+z_{1}^2z_{2}^2+z_{1}^3z^{2}_{2}+z_{2}^2z^{3}_{1} \right)

Και προκύπτει \displaystyle \frac{z_{2}^5-5z_{1}^2z_{2}^3-z_{1}^{5}+5z_{2}^3z_{1}^2}{4\left(z_{1} z_{2} \right)^3\left(z_{1}-z_{2}^2 \right)^3}=\frac{\left(z_{2}-z_{1} \right)\left(2a+3 \right)}{16(a+1)^{3/2}\sqrt{a-1}}.

Άρα \displaystyle \int _{C}f\left(z \right)dz=\pi i \frac{\left(z_{2}-z_{1} \right)\left(2a+3 \right)}{8\sqrt{a-1}\left(a+1 \right)^{3/2}}, όμως \displaystyle i\left(z_{2}-z_ {1}\right)=\sqrt{a+\sqrt{a^2-1}}-\sqrt{a-\sqrt{a^2-1}}=\sqrt{\frac{a-1}{2}} απλά με ύψωση στο τετραγωνο.

Άρα \displaystyle \displaystyle \int _{C}f\left(z \right)dz= \frac{\pi\left(2a+3 \right)}{2^{5/2}\left(a+1 \right)^{3/2}}. Θέτωντας \displaystyle z=Re^{it}, dz=iRe^{it}\Rightarrow.

και \displaystyle \int _{C} f\left(z \right)dz=\int_{-R}^{R}{\frac{dz}{\left(z^4+2az^2+1 \right)^2}}+\int_{0}^{\pi}{\frac{iRe^{it}dt}{\left(R^{4}e^{4it}+2aR^2e^{2it}+1 \right)}}.

Τώρα \displaystyle \left|R^4 e^{4it}+2aR^2 e^{2it}+1 \right|\geqslant \left|\left|R^4 e^{4it} \right|-\left|2aR^2 e^{2it}+1 \right| \right|\geqslant

\displaystyle \left|R^4 e^{4it} \right|-\left|2aR^2 e^{2it}+1  \right|\geqslant R^4-\left|2aR^2e^{2it} \right|-1=R^4-2aR^2+1 έτσι \displaystyle \left|\int_{0}^{\pi}{\frac{Rie^{it}dt}{R^4e^{4it}+2aR^{2}e^{2it}+1}} \right|\leqslant \int_{0}^{\pi}{\left|\frac{Rie^{it}}{R^4e^{4it}+2aR^{2}e^{2it}+1} \right|dt}\leqslant \displaystyle  \int_{0}^{\pi}{\frac{Rdt}{R^4+2aR^2+1}}=\frac{\pi R}{R^4+2aR^2+1}\rightarrow 0, R\rightarrow +\infty

άρα \displaystyle \lim_{R\rightarrow \infty}\int_{0}^{}{\pi}{\frac{Rie^{it}dt}{R^4e^{4it}+2aR^{2}e^{2it}+1}}=0 αλλίώς από το λήμμα Jordan κατευθείαν.

Άρα \displaystyle \boxed{\int_{-\infty}^{\infty}{\frac{dx}{\left(x^4+2ax^2+1 \right)^2}}=\frac{\pi \left(2a+3 \right)}{2^{5/2}\left(a+1 \right)^{3/2}}} και έτσι \displaystyle \boxed{\int_{0}^{\infty}{\frac{dx}{\left(x^4+2ax^2+1 \right)^2}}=\frac{\pi \left(2a+3 \right)}{2^{7/2}\left(a+1 \right)^{3/2}}}.

Άν \displaystyle a< -1 τότε οι ρίζες είναι πάνω στον πραγματικό άξονα και είναι οι εξής τέσερρις \displaystyle \pm \sqrt{-a-\sqrt{a^2-1}}, \pm \sqrt{-a+\sqrt{a^2-1}} .

Όμοια θα κινηθούμε για τις διάφορες τιμές του α για να δούμε αν έχουμε μιγαδικές η πραγματικές ρίζες.Ωστόσο οι πραγματικές ρίζες κάθε φορά δεν είναι απλές και ίσως να μη ισχύει ο τύπος \displaystyle \int _{C} f\left(z \right)dz=\pi i \sum_{k=1}^{n}{Resf\left(z \right)}.

Ο αρχικός τύπος δεν ισχύει όταν το a είναι -1 ή +1.Αε κρατήσουμε τον πάνω για a>1, ίσως να χρειαστεί διευκρίνηση για τους τιμές της παραμέτρου.
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#116

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:Άντε μπράβο βρε παιδιά. Παίξτε μας και μας λίγο...!
:) :)
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

#117

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

57) \displaystyle{\int_{ - \infty }^{ + \infty } {\frac{{\cos x - 1}}{{x^2 \left( {x^2  + a} \right)}}dx} }, για a>0.
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#118

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 »

Eλπίζω να είμαι σωστός. Θεωρούμε την μιγαδική συνάρτηση \displaystyle f\left(z \right)=\frac{e^{iz}-1}{z^2\left(z^2+a \right)}. Η συνάρτηση έχει σαν απλούς πόλους τους φανταστικούς \displaystyle \pm i\sqrt{a} και από αυτούς μόνο ο \displaystyle  i\sqrt{a} βρίσκεται στο άνω ημιεπίπεδο.

Το μηδέν είναι ρίζα 2ης τάξης του παρανομαστή καθώς \displaystyle (z^2(z^2+a))''=2a,z=0, (z^2(z^2+a))'=0,z=0 και είζα πρώτης τάξης του αριθμητή καθώς \displaystyle \left(e^{iz}-1 \right)'=ie^{iz}\neq 0, για z=0 άρα είναι πόλος 2-1=1 τάξης της συνάρτησης.

'Αρα: \displaystyle Res\left(f,0 \right)=\frac{1}{0!}\lim_{z\rightarrow 0}\frac{e^{iz}-1}{z\left(z^2+a \right)}=\lim_{z\rightarrow 0}\frac{\left(e^{iz}-1 \right)'}{\left(z \left(z^2+a \right)\right)'}=\frac{i}{a}

Άρα θεωρώντας θετικά προσανατολισμένη ημιπεριφέρεια ακτίνας R μεγαλύτερη από α θα έχουμε \displaystyle \int _{C} f\left(z \right)=2\pi Res\left(f,ai \right)+i\pi Res\left(f,0 \right) και \displaystyle Res\left(f,0 \right)=\frac{e^{-\sqrt{a}}-1}{\left(x^2 \left(x^2+a \right) \right)'}=\frac{e^{-\sqrt{a}}-1}{-2ia\sqrt{a}}.

Άρα \displaystyle \int _{C} f\left(z \right)dz=2\pi i \left(\frac{1-e^{-\sqrt{a}}}{2ia\sqrt{a}} \right)+i\pi\frac{i}{a}=-\frac{\pi\left(-1+\sqrt{a}+e^{-\sqrt{a}} \right)}{a\sqrt{a}} και με \displaystyle z=Re^{it}=R\left(\cos \theta +i \sin \theta  \right) έχουμε \displaystyle \int_{-R}^{R}{\frac{e^{ix}-1}{x^2\left(x^2+a \right)}}dx+\int_{0}^{\pi}{\frac{e^{iR\cos \theta }\cdot e^{-R\sin \theta }-1}{R^2e^{2it}\left(R^2e^{2it}+a \right)}}Re^{it}dt= \displaystyle -\frac{\pi\left(-1+\sqrt{a}+e^{-\sqrt{a}} \right)}{a\sqrt{a}}

Αφήνωντας \displaystyle R\rightarrow \infty : \displaystyle \left|\int_{0}^{\pi}{\frac{e^{iR\cos \theta }\cdot e^{-R\sin \theta }-1}{R^2e^{2it}\left(R^2e^{2it}+a \right)}}iRe^{it}dt \right|\leqslant \int_{0}^{\pi}{\left|{\frac{e^{iR\cos \theta }\cdot e^{-R\sin \theta }-1}{R^2e^{2it}\left(R^2e^{2it}+a \right)}}iRe^{it} \right|}dt\leqslant \displaystyle  \int_{0}^{\pi}\frac{\left|e^{iR\cos \theta }\cdot e^{-R \sin \theta } \right|+1}{R^2\left(\left|R^2-a \right| \right)}R dt\rightarrow 0

Άρα \displaystyle \lim_{R\rightarrow \infty}\int_{0}^{\pi}{\frac{Re^{i\cos \theta -R\sin \theta }-1}{R^{2}e^{2it}\left(R^{2}e^{2it}+a \right)}iRe^{it}dt}0 και έτσι \displaystyle \int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{e^{ix}-1}{x^2\left(x^2+a \right)}}dx= -\frac{\pi\left(-1+\sqrt{a}+e^{-\sqrt{a}} \right)}{a\sqrt{a}}.

Εξισώνοντας φανταστικά και πραγματικά μέρη βρίσκω \displaystyle \boxed{\int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{\cos x-1}{x^2\left(x^2+a \right)}}dx= -\frac{\pi\left(-1+\sqrt{a}+e^{-\sqrt{a}} \right)}{a\sqrt{a}}}
kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#119

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 »

Βάζω μια προσπάθεια για την άσκηση 30: Aρχικά θα διακρίνουμε περιπτώσεις για τις τιμές των a,m. Αρχικά:

Άν \displaystyle m=0,a\neq 0 το ολοκλήρωμα γίνεται: \displaystyle \int_{0}^{2\pi}{\frac{1-a \sin \theta }{1-2a\sin \theta +a^2}}d\theta, θεωρούμε έπειτα \displaystyle z=e^{i\theta },0\leqslant \theta  \leqslant 2\pi\Rightarrow  \sin \theta =\frac{e^{i\theta }-e^{-i\theta }}{2}=\frac{z^2-1}{2iz}, d\theta =\frac{d\theta }{iz} άρα

\displaystyle  \int_{0}^{2\pi}{\frac{1-a \sin \theta }{1-2a\sin \theta +a^2}}d\theta=\oint _{C}\frac{1-a \displaystyle {\frac{z^2-1}{2iz}}}{1-2a\displaystyle{\frac{z^2-1}{2iz}}+a^2}\frac{dz}{iz}= \displaystyle =\oint_{C} \frac{2iz-a\left(z^2-1 \right)}{2iz\left(zi\left(a^2+1 \right)+a-az^2 \right)}dz με C ο μοναδιαίος κύκλος.

Λυνουμε την εξίσωση \displaystyle zi\left(a^2+1 \right)+a-az^2=0\Leftrightarrow x=ia, x=\frac{i}{a} που είναια πλοί πόλοι και μόνο ο ai βρίσκεται στο εσωτερικό του κύκλου άρα \displaystyle Res\left(f,ai \right)=\frac{2i\left(ai \right)-a\left(-a^2-1 \right)}{2i\left(ai \right)\left(i\left(a^2+1 \right)-2a^2 i \right)}=\frac{1}{2i}

και το 0 απλή ρίζα άρα \displaystyle Res\left(f,0 \right)=\frac{2iz-a\left(z^2-1 \right)}{2i\left(zi\left(a^2+1 \right) +a-az^2\right)}=\frac{1}{2i} άρα \displaystyle \oint_{C} \frac{2iz-a\left(z^2-1 \right)}{2iz\left(zi\left(a^2+1 \right)+a-az^2 \right)}dz=2\pi i\left(\frac{1}{2i}+\frac{1}{2i} \right)=2\pi

Άν \displaystyle a=0,m\neq 0 τότε \displaystyle \int_{0}^{2\pi}{e^{m \cos \theta }\cos\left(m\sin \theta  \right)}d\theta =\oint_{C} e^{\displaystyle{m\frac{z^2+1}{2z}}\cos\left(m\cdot\frac{z^2-1}{2i} \right)}\frac{1}{zi} dz= \displaystyle =\frac{1}{2i}\oint_{C} e^{\displaystyle {m\frac{z^2+1}{2z}}}\left(e^{\displaystyle{m\frac{z^2-1}{2z}}}+e^{\displaystyle{-m\frac{z^2-1}{2z}}} \right)\frac{dz}{z} \displaystyle =\frac{1}{2i}\oint_{C}\left(e^{\displaystyle{mz}}+e^{\displaystyle{\frac{m}{z}}} \right)\frac{1}{z}dz

H τελευταία συνάρτηση μέσα στο ολοκλήρωμα παρουσιάζει ουσιώδη ανωμαλία στο 0 άρα με ανάπτυξη Laurent: \displaystyle e^{mz}=\sum_{n=0}^{+\infty}{\frac{\left(mz \right)^{n}}{n!}},e^{\frac{m}{z}}=\sum_{n=0}^{+\infty}{\frac{m^{n}z^{-n}}{n!}} έτσι \displaystyle \frac{1}{z}\left(e^{mz}+e^{m/z} \right)=\sum_{n=0}^{+\infty}{\left(\frac{m^{n}z^{n-1}}{n!}+\frac{m^{n}z^{-n-1}}{n!} \right)}

Eδώ \displaystyle Res\left(f,0 \right)=a_{-1}=2\Rightarrow \frac{1}{2i}\oint_{C}\left(e^{\displaystyle{mz}}+e^{\displaystyle{\frac{m}{z}}} \right)\frac{1}{z}dz=2\pi άρα και το αρχικό ισούται με 2\pi.Άν \displaystyle a=m= 0 τότε το αρχικό θα γίνει \displaystyle \int_{0}^{2\pi}{dx}=2\pi.

Άν ταυτόχρονα δεν είναι 0 τότε έχουμε βρεί: \displaystyle e^{m\cos \theta }\cos\left(m\sin \theta  \right)=\frac{1}{2}\left(e^{mz}+e^{m/z} \right) και \displaystyle \sin \left(m\sin \theta +\theta  \right)=\sin \left(m\sin \theta  \right)\cos \theta +\cos\left(m\sin \theta  \right)\sin \theta =\sin \left(m\frac{z^2-1}{2iz} \right)\left(\frac{z^2+1}{2z} \right)+

\displaystyle \cos\left(m\frac{z^2-1}{2iz} \right)\left(\frac{z^2-1}{2iz} \right)=\frac{1}{4z}\left[\left(e^{\displaystyle m\frac{z^2-1}{2z}}-e^{\displaystyle{-m\frac{z^2-1}{2z}}} \right)\left(z^2+1 \right)-i\left(e^{\displaystyle{m\frac{z^2-1}{2z}}} +e^{\displaystyle{-m\frac{z^2-1}{2z}}}\right)\left(z^2-1 \right) \right]= \displaystyle \frac{1}{4z}\left[e^{\displaystyle{m\frac{z^2-1}{2z}}}\left(z^2\left(1-i \right)+i+1 \right)+e^{\displaystyle{-m\frac{z^2-1}{2z}}}\left(i-1-z^2\left(i+1 \right) \right) \right]

Άρα \displaystyle e^{m\cos \theta } \sin\left(m\sin \theta +\theta  \right)=\frac{1}{4z}\left[e^{mz}\left(z^2\left(1-i \right) +i+1\right)+e^{m/z}\left(i-1-z^2\left(i+1 \right) \right) \right] άρα ο αριθμητής ισούται με

\displaystyle \frac{1}{4z}\left[2z\left(e^{mz}+e^{m/z} \right)-a\left[e^{mz}\left(z^2\left(1-i \right) +i+1\right)+e^{m/z}\left(i-1-z^2\left(i+1 \right) \right) \right] \right]= \displaystyle \frac{1}{4z}\left[e^{mz}\left(2z-az^2\left(1-i \right)-a\left(i+1 \right) \right)+e^{m/z}\left(2z+az^2\left(i+1\right)-a\left(i-1 \right) \right) \right]

και ο αριθμητής \displaystyle 1-2a\sin \theta +a^2=1-2a\frac{z^2-1}{2i}+a^2=1+i\left(z^2-1 \right)+a^2 άρα το κλάσμα ισούται με \displaystyle \frac{e^{mz}\left(2z-az^2\left(1-i \right)-a\left(i+1 \right) \right)+e^{m/z}\left(2z+az^2\left(i+1\right)-a\left(i-1 \right) \right) }{aiz^2+z\left(a^2+1 \right)-ai}.

Άρα \displaystyle \int_{0}^{2\pi}{\frac{e^{\displaystyle{m\cos \theta }}\left(\cos\left(m\sin \theta  \right)-a\sin\left(m\sin \theta +\theta  \right) \right)}{1-2a\sin \theta +a^2}}d\theta =\frac{1}{4i}\oint \frac{e^{mz}\left(2z-az^2\left(1-i \right)-a\left(i+1 \right) \right)+e^{m/z}\left(2z+az^2\left(i+1\right)-a\left(i-1 \right) \right) }{z\left(aiz^2+z\left(a^2+1 \right)-ai \right)}dz.

Δύο ρίζες του παρανομαστή είναι τα ai,i/a από τις οπίες μόνο η πρώτη είναι μέσα στον κύκλο. Άρα: \displaystyle Res\left(f,ai \right)=\frac{\left[\left(i-1 \right)e^{mai}+\left(i+1 \right)e^{-\frac{mi}{a}} \right]}{i}.

Στο μηδέν πάλι έχουμε ουσιώδη ανωμαλία άρα:

\displaystyle \frac{1}{z}e^{mz}\left(2z-az^2\left(1-i \right)-a\left(i+1 \right) \right)=\sum_{n=0}^{+\infty}{\frac{m^n z^n}{n!}\left(2-az\left(1-i \right)-az^{-1}\left(i+1 \right) \right)}= \displaystyle \sum_{n=0}^{+\infty}{\left(\frac{2m^n z^n}{n!}+a\left(i-1 \right)\frac{m^n z^{n+1}}{n!}-\left(i+1 \right)\frac{m^n z^{n-1}}{n!} \right)}

\displaystyle \frac{1}{\left(z-ai \right)\left(z-i/a \right)}=\frac{1}{\left(ai-i/a \right)}\left(\frac{a}{i\left(1-az/i \right)}-\frac{\left(ai \right)^{-1}}{1-z/ai} \right)= \displaystyle \frac{1}{i\left(ai-i/a \right)}\sum_{n=0}^{+\infty}{\left(a\left(\frac{az}{i} \right)^n+\frac{1}{a}\left(\frac{z}{ai} \right)^n \right)}.

Άρα η \displaystyle \frac{e^{mz}\left(2-az\left(1-i \right)-a/z \left(i+1 \right) \right)}{aiz^2+z\left(a^2+1 \right)-ai}=\left(\sum_{n=0}^{+\infty}{\left(\frac{2m^n z^n}{n!}+a\left(i-1 \right)\frac{m^n z^{n+1}}{n!}-\left(i+1 \right)\frac{m^n z^{n-1}}{n!} \right)} \right)\left(\frac{1}{i\left(ai-i/a \right)}\sum_{n=0}^{+\infty}{\left(a\left(\frac{az}{i} \right)^n+\frac{1}{a}\left(\frac{z}{ai} \right)^n \right)} \right) κατα Laurent (έχουμε σπάσει σε άθροισμα την συναρτηση).

O ο συντελεστής του z^{-1} είναι ένας, ό \displaystyle -\left(i+1 \right)\frac{a^2+1}{1-a^2}, το υπόλοιπο κομμάτι: \displaystyle e^{m/z}z^{-1}\left(2z+az^2\left(i+1 \right)-a\left(i-1 \right) \right)=\sum_{n=0}^{+\infty}{\left(\frac{2m^n z^{-n}}{n!}+\left(i+1 \right)\frac{am^n z^{1-n}}{n!}-a\left(i-1 \right)\frac{m^n z^{-1-n}}{n!} \right)}.

Άρα \displaystyle \frac{e^{m/z}z^{-1}\left(2z+az^2\left(i+1 \right)-a\left(i-1 \right) \right)}{\left(z-ai \right)\left(z-i/a \right)}= \displaystyle \left(\sum_{n=0}^{+\infty}{\left(\frac{2m^n z^{-n}}{n!}+\left(i+1 \right)\frac{am^n z^{1-n}}{n!}-a\left(i-1 \right)\frac{m^n z^{-1-n}}{n!} \right)} \right)\left(\frac{1}{i\left(ai-i/a \right)}\sum_{n=0}^{+\infty}{\left(a\left(\frac{az}{i} \right)^n+\frac{1}{a}\left(\frac{z}{ai} \right)^n \right)} \right)

Στους πολλαπλασιασμούς τώρα: \displaystyle \left(\frac{a}{i\left(ai-i/a \right)} \right)\left(\sum_{n=0}^{+\infty}{\frac{2m^n z^{-n}}{n!}} \right)\left(\sum_{n=0}^{+\infty}\left(\frac{az}{i} \right)^n \right) εδώ ο συντελεστής είναι \displaystyle \left(1+\frac{m}{z}+\frac{m^2z^{-2}}{2!}+... \right)\left(1+\frac{az}{i}+\frac{\left(az^2 \right)^2}{i^2}+... \right)\Rightarrow

\displaystyle  \frac{m}{2}+\frac{ma}{2! i}+...+\left(\frac{a}{i} \right)^k \frac{m^{k+1}}{\left(k+1 \right)!}+...=\sum_{k=0}^{+\infty}{\frac{m^{k+1}}{\left(k+1 \right)!}\left(\frac{a}{i} \right)^{k}}= \displaystyle \frac{i}{a}\sum_{k=0}^{+\infty}{\left(\frac{ma}{i} \right)^{k+1}\frac{1}{\left(k+1 \right)!}}=\frac{i}{a}e^{-mai}

Άρα από εδώ ο συντελεστής είναι \displaystyle \frac{2a i}{1-a^2}e^{-mai}

\displaystyle \frac{2}{1-a^2}\sum_{n=0}^{+\infty}{\frac{m^n z^{-n}}{n!}} \cdot \sum_{n=0}^{+\infty}{\left(\frac{z}{ai} \right)^n}=\frac{2}{1-a^2}\left(1+m/2z+\frac{m^2}{2!z^2}+... \right)\left(1+\frac{z}{ai}+\frac{z^2}{a^2 i^2}+... \right)ai\Rightarrow \displaystyle \frac{2}{1-a^2}\sum_{n=0}^{+\infty}{\left(-\frac{mi}{a} \right)^{k+1}\frac{1}{\left(k+1 \right)!}}=\frac{2ai}{1-a^2} e^{-\frac{m}{a} i}

Aκόμη \displaystyle \frac{a^2\left(i+1 \right)}{1-a^2}\sum_{k=0}^{+\infty}{\frac{m^{n}z^{1-n}}{n!}}\cdot \sum_{k=0}^{+\infty}{\left(\frac{za}{i} \right)^n}\Rightarrow a_{-1}= \displaystyle\frac{a^2\left(i+1 \right)}{1-a^2}\sum_{k=2}^{+\infty}{\frac{m^{k}}{k!}\left(\frac{a}{i} \right)^{k-2}}=\frac{i+1}{a^2-1}\sum_{k=2}^{+\infty}{\left(-mai \right)^k \frac{1}{k!}}=\frac{i+1}{a^2-1}\left(e^{-maik}-1+mai \right)

\displaystyle \frac{a^2\left(i+1 \right)}{1-a^2}\sum_{k=0}^{+\infty}{\frac{m^{n}z^{1-n}}{n!}}\cdot \sum_{k=0}^{+\infty}{\left(\frac{z}{ai} \right)^n}\Rightarrow a_{-1}= \displaystyle \frac{a^2\left(i+1 \right)}{1-a^2}\sum_{k=2}^{+\infty}{\frac{m^{k}}{k!}\left(\frac{1}{ai} \right)^{k-2}}=\frac{a^4\left(i+1 \right)}{1-a^2}\sum_{k=2}^{+\infty}{\left(-mi/a \right)^k \frac{1}{k!}}=a^4\frac{i+1}{a^2-1}\left(e^{-\frac{mi}{a}}-1-\frac{mi}{a} \right)

\displaystyle \frac{a^3\left(i-1 \right)}{a^2-1}\sum_{n=0}^{+\infty}{\frac{m^n z^{-1-n}}{n!}}\cdot \sum_{n=0}^{+\infty}{\left(\frac{az}{i} \right)^n}\Rightarrow \frac{a^3\left(i-1 \right)}{a^2-1}\sum_{n=0}^{+\infty}{\left(-mai \right)^k \frac{1}{k!}}= \displaystyle \frac{a^3\left(i-1 \right)}{a^2-1}e^{-mai}

\displaystyle  \frac{a\left(i-1 \right)}{a^2-1}\sum_{n=0}^{+\infty}{\frac{m^n z^{-1-n}}{n!}}\cdot \sum_{n=0}^{+\infty}{\left(\frac{z}{ai} \right)^n}\Rightarrow \frac{a\left(i-1 \right)}{a^2-1}\sum_{n=0}^{+\infty}{\left(-\frac{mi}{a} \right)^k \frac{1}{k!}}= \displaystyle \frac{a\left(i-1 \right)}{a^2-1}e^{-\frac{mi}{a}}.

Τελικά προσθέτουμε όλα τους συντελεστές του 1/z μαζί με το Res στο ai και πολλαπλασιάζουμε με 2\pi i. Η πρόταση που βασηστήκαμε είναι οτι σε περίπτωση ουσιώδους ανωμαλίας το Res είναι ο συντελεστής του όρου 1/z στο ανάπτυγμα Laurent της συνάρτησης.

Oι πράξεις είαι πολλές, αλλάπιστεύω η σωστή διαδικασία είναι αυτή.
kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#120

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 »

Μια προσπάθεια , η οποία δεν νομίζω να οδηγεί σε λύση για τον υπολογισμό του \displaystyle \displaystyle{\int_{0}^{1}{\frac{\sqrt{1-x^2}}{1-x^2 \sin^2 x}}dx} με μιγαδική ανάλυση.

Αρχικά κάνουμε την αντικατάσταση \displaystyle x=\cos t,  0\leqslant t \leqslant \frac{\pi}{2} τότε \displaystyle \int_{0}^{1}{\frac{\sqrt{1-x^2}}{1-x^2 \sin^2 x}}dx=\int_{0}^{\frac{\pi }{2}}{\frac{\sin^2 t dt}{1-\cos^2 t \sin^2 \left(\cos t \right)}}, στο τελευταίο με αντικατάσταση \displaystyle y=\pi-x

τότε \displaystyle \int_{0}^{\frac{\pi }{2}}{\frac{\sin^2 t dt}{1-\cos^2 t \sin^2 \left(\cos t \right)}}=\int_{\frac{\pi}{2}}^{\pi}{\frac{\sin^2t dt}{1-\cos^2 t \sin^2 \left(\cos t \right)}} άρα \displaystyle 2 \int_{0}^{1}{\frac{\sqrt{1-x^2}}{1-x^2 \sin^2 x}}dx=\int_{0}^{\frac{\pi }{2}}{\frac{\sin^2t dt}{1-\cos^2 t \sin^2 \left(\cos t \right)}}+\int_{\frac{\pi}{2}}^{\pi}{\frac{\sin^2 t dt}{1-\cos^2 t \sin^2 \left(\cos t \right)}}= \displaystyle \int_{0}^{\pi}{\frac{\sin^2 t dt}{1-\cos^2 t \sin^2 \left(\cos t \right)}} }}

To τελευαταίο με την αντικατάσταση \displaystyle u=2\pi-x \displaystyle \int_{0}^{\pi}{\frac{\sin^2 t dt}{1-\cos^2 t \sin^2 \left(\cos t \right)}}=\int_{\pi}^{2\pi}{\frac{\sin^2 t dt}{1-\cos^2 t \sin^2 \left(\cos t \right)}}\Rightarrow 4\int_{0}^{1}{\frac{\sqrt{1-x^2}}{1-x^2 \sin^2 x}}dx= \displaystyle \int_{0}^{2\pi}{\frac{\sin^2 t dt}{1-\cos^2 t \sin^2 \left(\cos t \right)}}.

Τώρα θεωρούμε την αντικατάσταση \displaystyle z=e^{it}, dt=\frac{dz}{iz} ,\displaystyle \int_{0}^{2\pi}{\frac{dt}{1-\cos^2 t \sin^2 \left(\cos t \right)}}=\frac{16}{i}\oint_{C} z\left[16z^2+\left(z^2+1 \right)^2 \left(e^{\displaystyle{i\frac{z^2+1}{2z}}}- e^{\displaystyle{-i\frac{z^2+1}{2z}}}\right) \right]^{-1} dz

όπου C αριστερόστροφος μοναδιαίος κύκλος καθώς χρισημοποιήθηκαν οι τύποι: \displaystyle \cos \theta =\frac{e^{i\theta }-e^{-i\theta }}{2},\sin  \theta =\frac{e^{i\theta }-e^{-i\theta }}{2i}. Επειδή όλοι οι πόλοι βρίσκονται εντός του κύκλου μας (από wolfram) με την χρήση του

\displaystyle \sum_{i=0}^{n}{Res\left(f,0 \right)}=-Res\left(f, \infty \right)=-Res\left(-\frac{1}{z^2}f\left(\frac{1}{z} \right) ,0\right) αρκεί να βρούμε το ρεσιντιου της \displaystyle -\frac{1}{z^2}f\left(\frac{1}{z} \right) στο μηδέν.Τώρα \displaystyle -\frac{1}{z^2}f\left(\frac{1}{z} \right)=-\frac{z}{16z^2+\left(z^2+1 \right)A^{2}\left(z \right)}, A\left(z \right)=\displaystyle{e^{\displaystyle{\frac{i}{2}\left(z+\frac{1}{z} \right)}}-e^{\displaystyle{-\frac{i}{2}\left(z+\frac{1}{z} \right)}}} και

\displaystyle \frac{8z}{16z^2+\left(z^2+1 \right)A^{2}\left(z \right)}=\frac{1}{4z-i\left(z^2+1 \right)A\left(z \right)}+\frac{1}{4z+i\left(z^2+1 \right)A\left(z \right)}= \displaystyle \frac{1}{4z}\left(\frac{1}{\displaystyle{1-\frac{i\left(z^2+1 \right)A\left(z \right)}{4z}}}+ \frac{1}{\displaystyle{1-\frac{i\left(z^2+1 \right)A\left(z \right)}{4z}}}\right). Τώρα θα χρησιμοποιήσουμε τις γνωστές \displaystyle \frac{1}{1-z}=\sum_{n=0}^{\infty}{z^n}, e^{z}=\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{z^n}{n!}}.

Άρα \displaystyle \frac{1}{\displaystyle{1-\frac{i\left(z^2+1 \right)A\left(z \right)}{4z}}}+ \frac{1}{\displaystyle{1+\frac{i\left(z^2+1 \right)A\left(z \right)}{4z}}}=\sum_{n=0}^{\infty}{\left(\frac{i\left(z^2+1 \right)A\left(z \right)}{4z}} \right)^n+\sum_{n=0}^{\infty}{\left(\frac{-i\left(z^2+1 \right)A\left(z \right)}{4z}} \right)^n \displaystyle =2\sum_{n=0,n=2m}^{\infty}{\left(\frac{i\left(z^2+1 \right)A\left(z \right)}{4z}} \right)^n

\displaystyle \frac{i\left(z^2+1 \right)A\left(z \right)}{4z}=\frac{i}{4}\left(z+\frac{1}{z} \right)\left(\sum_{k=0}^{\infty}{\frac{1}{k!}\left(\frac{i}{2} \right)^k \left(z+\frac{1}{z} \right)^k} -\sum_{k=0}^{\infty}{\frac{1}{k!}\left(-\frac{i}{2} \right)^k \left(z+\frac{1}{z} \right)^k}\right) \displaystyle \frac{i}{2}\left(z+\frac{1}{z} \right)\left(\sum_{k=1,k=2m+1}^{\infty}{\left(\frac{i}{2} \right)^k \frac{1}{k!}\left(z+\frac{1}{z} \right)^k} \right)=\left(\sum_{k=1,k=2m+1}^{\infty}{\left(\frac{i}{2} \right)^{k+1} \frac{1}{k!}\left(z+\frac{1}{z} \right)^{k+1}} \right)

Άρα \displaystyle 2\sum_{n=0,n=2m}^{\infty}{\left(\frac{i\left(z^2+1 \right)A\left(z \right)}{4z}} \right)^n=2\sum_{n=0,n=2m}^{\infty}{\left(\left(\sum_{k=1,k=2m+1}^{\infty}{\left(\frac{i}{2} \right)^{k+1} \frac{1}{k!}\left(z+\frac{1}{z} \right)^{k+1}} \right) \right)}^n, και συνεπώς αναζητάμε τον σταθερό συντελεστή της παραπάνω παράστασης.

Tώρα \displaystyle \left(z+\frac{1}{z} \right)^{k+1}=\displaystyle{\binom {k+1}{\displaystyle{\frac{k+1}{2}}}}+\sum_{j=2,j=2m}^{k+1}{\binom {k+1}{\displaystyle{\frac{k+j+1}{2}}}\left(z^{j}+z^{-j} \right)} άρα \displaystyle {\left(\frac{i}{2} \right)^{k+1} \frac{1}{k!}\left(z+\frac{1}{z} \right)^{k+1}} \right) \right)=\left(\frac{i}{2} \right)^{k+1} \frac{1}{k!}\binom {k+1}{\displaystyle{\frac{k+1}{2}}}}+{\left(\frac{i}{2} \right)^{k+1} \frac{1}{k!}\sum_{j=2,j=2m}^{k+1}{\binom {k+1}{\displaystyle{\frac{k+j+1}{2}}}\left(z^{j}+z^{-j} \right)}

Άρα το τελικο άθροισμα είναι το \displaystyle \sum_{n=0,n=2m}^{\infty}{\left(\sum_{k=1,k=2m+1}^{\infty}{\left(\left(\frac{i}{2} \right)^{k+1} \frac{1}{k!}\binom {k+1}{\displaystyle{\frac{k+1}{2}}}} \right)}+\sum_{k=1,k=2m+1}^{\infty}{\left({\left(\frac{i}{2} \right)^{k+1} \frac{1}{k!}\sum_{j=2,j=2m}^{k+1}{\binom {k+1}{\displaystyle{\frac{k+j+1}{2}}}\left(z^{j}+z^{-j} \right)} \right)} \right)}^n. Μέσα σε αυτό περιέχεται

σίγουρα το \displaystyle \sum_{n=0,n=2m}^{\infty}{\left(\sum_{k=1,k=2m+1}^{\infty}{\left(\left(\frac{i}{2} \right)^{k+1} \frac{1}{k!}\binom {k+1}{\displaystyle{\frac{k+1}{2}}}} \right) \right)}^n

Όμοια \displaystyle \int_{0}^{2\pi}{\frac{\cos^2 t dt}{1-\cos^2 t \sin^2 \left(\cos t \right)}}=\frac{4}{i} \oint_{C} \frac{\left(z^2+1 \right)^2}{z\left(16z^2+\left(z^2+1 \right)^2 A\left(z \right) \right)}dz με την ίδια λογική αρκεί να βρεθεί το residue στο 0 της \displaystyle -\frac{\displaystyle{z\left(z+\frac{1}{z} \right)^2}}{16z^2+\left(z^2+1 \right)^2 A\left(\frac{1}{z} \right)}

\displaystyle \frac{8\displaystyle{z\left(z+\frac{1}{z} \right)^2}}{16z^2+\left(z^2+1 \right)^2 A\left(\frac{1}{z} \right)}=\frac{1}{4z}\left(\frac{\displaystyle{\left(z+\frac{1}{z} \right)^2}}{\displaystyle{1-\frac{i}{4}\left(z+\frac{1}{z} \right)A\left(z \right)}}+\frac{\displaystyle{\left(z+\frac{1}{z} \right)^2}}{\displaystyle{1+\frac{i}{4}\left(z+\frac{1}{z} \right)A\left(z \right)}} \right) \displaystyle \frac{1}{4z}\left(\sum_{n=0}^{\infty}{\left(\frac{i}{4} \right)^n\left(z+\frac{1}{z} \right)^{n+2}}A^ n \left(z \right)+\sum_{n=0}^{\infty}{\left(-\frac{i}{4} \right)^n\left(z+\frac{1}{z} \right)^{n+2}}A^ n \left(z \right) \right)

και συνεχίζει με την ίδια λογική, απόρω αν μπορούν να υπολογιστούν στα τελικά αθροισματα οι σταθεροί όροι... :?

Edit: Συγνώμη για την διαγραφή της λύσης πρίν, αλλά είδα ότι ξέχασα την δεύτερη επεξεργασία.

Άς σημειωθεί ότι \displaystyle A\left(\frac{1}{z} \right)=A\left(z \right).
Απάντηση

Επιστροφή στο “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 3 επισκέπτες