Γενικευμένα Ολοκληρώματα

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Άβαταρ μέλους
erxmer
Δημοσιεύσεις: 1615
Εγγραφή: Δευ Σεπ 13, 2010 7:49 pm
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#121

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από erxmer »

58)
Nα αποδειχθεί οτι
\boxed{\displaystyle{\int_{0}^{+\infty}{\prod_{n=1}^{+\infty}{\frac{1+(\frac{x}{b+n})^2}{1+(\frac{x}{a+n-1})^2}}dx=\frac{\sqrt{\pi}}{2}\frac{\Gamma (a+1/2)}{\Gamma (a)}\frac{\Gamma (b+1)}{\Gamma (b+1/2)}\frac{\Gamma (b-a+1/2)}{\Gamma (b-a+1)}}}}

59)
Nα υπολογιστεί το \boxed{\displaystyle{\int_{0}^{+\infty}{\frac{e^{-ax^2}-1}{x^2}}}}, όπου συγκλίνει.

60)
Nα υπολογιστεί το \boxed{\displaystyle{\int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{(3x+1)sin(ax)}{9x^2+6x+10}}}}, όπου συγκλίνει.
peter
Δημοσιεύσεις: 228
Εγγραφή: Κυρ Αύγ 30, 2009 2:21 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#122

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από peter »

erxmer έγραψε: 59)
Nα υπολογιστεί το \boxed{\displaystyle{\int_{0}^{+\infty}{\frac{e^{-ax^2}-1}{x^2}}}}, όπου συγκλίνει.
Για a=0 συγκλίνει και κάνει 0. Για a>0 γράφουμε: \displaystyle \int_0^\infty \frac{e^{-ax^2}-1}{x^2}\, dx =\int_0^\infty \int_0^a -e^{-tx^2}\, dt\, dx=\int_0^a \left( - \int_0^\infty e^{-tx^2} \, dx \right) dt.

Αλλά για κάθε t>0 ισχύει \displaystyle \int_0^\infty e^{-tx^2}\, dx=\sqrt{\frac{\pi}{t}}. Οπότε, έχουμε: \displaystyle \int_0^\infty \frac{e^{-ax^2}-1}{x^2}\, dx=-\sqrt{\pi}\int_0^a \frac{1}{\sqrt{t}} \, dt=-2\sqrt{\pi a}.

Για a<0 προφανώς αποκλίνει.
kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#123

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 »

60) Άν a>0 τότε :

Θεωρούμε την συνάρτηση \displaystyle f\left(z \right)=\frac{\left(3z+1 \right)e^{iaz}}{9z^2+6z+10} η οποία έχει απλό πόλο τον μιγαδικό \displaystyle z_{1}=-\frac{1}{3}+i στο άνω ημιεπίπεδο, όπου: \displaystyle Res\left(f,-\frac{1}{3}+i \right)=\frac{\left(3z+1 \right)e^{iaz}}{\left(9z^2+6z+10 \right)'}=\frac{1}{6}e^{-a\left(i/3+1 \right)}

Θεωρούμε θετικά προσανατολισμένο ημικύκλιο ακτίνας \displaystyle R>|z_{1}| στο άνω ημιεπίπεδο, τότε \displaystyle \int _{C}f\left(z \right)dz=2\pi iRes\left(f,z_{1}\right)=\frac{\pi}{3} i e^{-a-ai/3}=\frac{\pi}{3} e^{-a} \left(i\cos \frac{a}{3}+\sin \frac{a}{3} \right)

Όμως \displaystyle \int _{C}f\left(z \right)dz=\int_{-R}^{+R}{f\left(x \right)dx}+\int_{0}^{\pi}{f\left(Re^{it} \right)iRe^{it} dt} άρα \displaystyle \int _{C}f\left(z \right)dz=\int_{-R}^{+R}{\frac{\left(3x+1 \right)e^{iax}}{9x^2+6x+10}dx}+\int_{0}^{\pi}{\frac{\left( 3Re^{it}+1\right)e^{iRa{\cos \theta }}e^{-aR\sin \theta }}{9R^2 e^{2it}+6Re^{it}+10}iRe^{it}}dt

Όμως αφήνωντας \displaystyle R\rightarrow \infty τότε \displaystyle \left|\int_{0}^{\pi}{\frac{\left( 3Re^{it}+1\right)e^{iRa{\cos \theta }}e^{-aR\sin \theta }}{9R^2 e^{2it}+6Re^{it}+10}iRe^{it}}dt \right|\leqslant \int_{0}^{\pi}{\left|\frac{\left( 3Re^{it}+1\right)e^{iRa{\cos \theta }}e^{-aR\sin \theta }}{9R^2 e^{2it}+6Re^{it}+10}iRe^{it} \right|dt}\leqslant \displaystyle \int_{0}^{\pi}{\frac{R\left(3R+1 \right)|e^{-aR\sin \theta }|}{\left|9R^2-6R-10 \right|}}dt \rightarrow 0.

Aυτό είναι προφανές (αν πάμε από την αρχή) και από το λήμμα του Jordan που λέει \displaystyle \lim_{R\rightarrow \infty}\int_{0}^{\pi}{\frac{P\left(Re^{it} \right)}{Q\left(Re^{i} \right)}e^{inRe^{it}}iRe^{it} dt}=0,n>0 όταν \displaystyle deg P\left(x \right)\geqslant degQ\left(x \right)+1.

Ακόμη \displaystyle \int_{-R}^{+R}{\frac{\left(3x+1 \right)e^{iax}}{9x^2+6x+10}dx}=\int_{-\infty}^{\infty}{\frac{\left(3x+1 \right)e^{iax}}{9x^2+6x+10}dx}, R\rightarrow \infty και συνεπώς \displaystyle \int_{-\infty}^{\infty}{\frac{\left(3x+1 \right)e^{iax}}{9x^2+6x+10}dx}=\frac{\pi}{3}  e^{-a} \left(i\cos \frac{a}{3}+\sin \frac{a}{3} \right).

Εξισώνοντας πραγματικά και φανταστικά μέρη έχουμε \displaystyle  \int_{-\infty}^{\infty}{\frac{\left(3x+1 \right)\sin ax}{9x^2+6x+10}dx}=\frac{\pi}{3}  e^{-a}\cos \frac{a}{3}.

Άν a=0 το ολοκήρωμα ισούται προφανώς με 0

Άν a<0 τότε \displaystyle  \int_{-\infty}^{\infty}{\frac{\left(3x+1 \right)\sin ax}{9x^2+6x+10}dx}=- \int_{-\infty}^{\infty}{\frac{\left(3x+1 \right)\sin \left|a \right|x}{9x^2+6x+10}dx}

και όμοια με παρπα΄νω θα βρούμε \displaystyle  \int_{-\infty}^{\infty}{\frac{\left(3x+1 \right)\sin ax}{9x^2+6x+10}dx}=-\frac{\pi}{3}e^{-\left|a| \right}\cos\frac{\left|a \right|}{3}=-\frac{\pi}{3}e^{a}\cos\frac{a}{3}.

Τελικά, άν είμαι σωστός βγαίνει: \displaystyle  \int_{-\infty}^{\infty}{\frac{\left(3x+1 \right)\sin ax}{9x^2+6x+10}dx}=\begin{cases} 
\displaystyle{\frac{\pi}{3}e^{-a}\cos\frac{a}{3} }, a>0  \\  
 0,a=0  \\  
\displaystyle{-\frac{\pi}{3}e^{a}\cos\frac{a}{3}}, a<0 
\end{cases}
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#124

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:57) \displaystyle{\int_{ - \infty }^{ + \infty } {\frac{{\cos x - 1}}{{x^2 \left( {x^2  + a} \right)}}dx} }, για a>0.
Επειδή η Πραγματική Ανάλυση ασκεί πάντα μια ακαταμάχητη γοητεία, παραθέτω λύση χωρίς φυγή στο Μιγαδικό Επίπεδο.
Θα χρησιμοποιηθούν μετασχηματισμοί Laplace (ίσως και για χάρη των μεθόδων).

\displaystyle{I = \int\limits_{ - \infty }^\infty  {\frac{{\cos x - 1}}{{{x^2}\left( {{x^2} + a} \right)}}dx}  = 2\int\limits_0^\infty  {\frac{{\cos x - 1}}{{{x^2}\left( {{x^2} + a} \right)}}dx}  = \frac{2}{a}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\cos x - 1}}{{{x^2}}}dx}  - \frac{2}{a}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\cos x - 1}}{{{x^2} + a}}dx}  = \frac{2}{a}\int\limits_0^\infty  {\left( {\cos x - 1} \right)\left( {\int\limits_0^\infty  {y{e^{ - yx}}dy} } \right)dx}  - }

\displaystyle{ - \frac{2}{{a\sqrt a }}\int\limits_0^\infty  {\left( {\cos x - 1} \right)\left( {\int\limits_0^\infty  {\sin \left( {\sqrt a y} \right){e^{ - yx}}dy} } \right)dx}  = \frac{2}{a}\int\limits_0^\infty  {y\left( {\int\limits_0^\infty  {\left( {\cos x - 1} \right){e^{ - yx}}dx} } \right)dy}  - \frac{2}{{a\sqrt a }}\int\limits_0^\infty  {\sin \left( {\sqrt a y} \right)\left( {\int\limits_0^\infty  {\left( {\cos x - 1} \right){e^{ - yx}}dx} } \right)dy}  = }

\displaystyle{\mathop  = \limits^\big{{\color{red}{\left[ 1 \right]}}}  - \frac{2}{a}\int\limits_0^\infty  {y \cdot \frac{1}{{y\left( {{y^2} + 1} \right)}}dy}  + \frac{2}{{a\sqrt a }}\int\limits_0^\infty  {\sin \left( {\sqrt a y} \right) \cdot \frac{1}{{y\left( {{y^2} + 1} \right)}}dy}  =  - \frac{\pi }{a} + \frac{2}{{a\sqrt a }}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin \left( {\sqrt a y} \right)}}{{y\left( {{y^2} + 1} \right)}}dy}  = \mathop  = \limits^{y = \sqrt x }  =  - \frac{\pi }{a} + \frac{1}{{a\sqrt a }}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin \left( {\sqrt {ax} } \right)}}{{x\left( {x + 1} \right)}}dx}  = }

\displaystyle{ =  - \frac{\pi }{a} + \frac{1}{{a\sqrt a }}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin \left( {\sqrt {ax} } \right)}}{x}dx}  - \frac{1}{{a\sqrt a }}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin \left( {\sqrt {ax} } \right)}}{{x + 1}}dx}  =  - \frac{\pi }{a} + \frac{1}{{a\sqrt a }}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin \left( {\sqrt y } \right)}}{y}dy}  - \frac{1}{{a\sqrt a }}\int\limits_0^\infty  {\sin \left( {\sqrt {ax} } \right)\left( {\int\limits_0^\infty  {{e^{ - \left( {x + 1} \right)t}}dt} } \right)dx}  = }

\displaystyle{ = \mathop  = \limits^{\sqrt y  = x}  =  - \frac{\pi }{a} + \frac{2}{{a\sqrt a }}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin \left( x \right)}}{x}dx}  - \frac{1}{{a\sqrt a }}\int\limits_0^\infty  {{e^{ - t}}\left( {\int\limits_0^\infty  {\sin \left( {\sqrt {ax} } \right){e^{ - xt}}dx} } \right)dt} \mathop  = \limits^\big{\color{red}{{\left[ 2 \right]}}}  - \frac{\pi }{a} + \frac{\pi }{{a\sqrt a }} - \frac{1}{{a\sqrt a }}\int\limits_0^\infty  {{e^{ - t}}\frac{{\sqrt {a\pi } }}{{2t\sqrt t }}{e^{ - \dfrac{a}{{4t}}}}dt}  = \mathop  = \limits^{t = \dfrac{1}{x}}  = }

\displaystyle{ = \frac{{\pi \left( {1 - \sqrt a } \right)}}{{a\sqrt a }} - \frac{{\sqrt \pi  }}{{2a}}\int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{t\sqrt t }}{e^{ - \dfrac{a}{{4t}}}}{e^{ - t}}dt} \mathop  = \limits^\big{\color{red}{{\left[ 3 \right]}}} \frac{{\pi \left( {1 - \sqrt a } \right)}}{{a\sqrt a }} - \frac{{\sqrt \pi  }}{{2a}}2\frac{{\sqrt \pi  }}{{\sqrt a }}{e^{ - \sqrt a }} = \frac{{\pi \left( {1 - \sqrt a  - {e^{ - \sqrt a }}} \right)}}{{a\sqrt a }}}

______.ο0ο.______.ο0ο.______.ο0ο.______.ο0ο.______.ο0ο.______.ο0ο.______.ο0ο.______.ο0ο.______.ο0ο.______.ο0ο.______.ο0ο.______.ο0ο.______.ο0ο.______

Χρησιμοποιήθηκαν οι τύποι
\displaystyle{{\color{red}{\left[ 1 \right]}}: \int\limits_0^\infty  {\left( {\cos x - 1} \right){e^{ - yx}}dx}  = \frac{y}{{{y^2} + 1}} - \frac{1}{y} =  - \frac{1}{{y\left( {{y^2} + 1} \right)}}} (στοιχειώδης απόδειξη)
\displaystyle{{\color{red}{\left[ 2 \right]}} :\int\limits_0^\infty  {\sin \left( {m\sqrt x } \right){e^{ - yx}}dx}  = \frac{{m\sqrt \pi  }}{{2y\sqrt y }}{e^{ - \dfrac{{{m^2}}}{{4y}}}}{\text{   and   }} {\color{red}{\left[ 3 \right]}}:\int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{x\sqrt x }}{e^{ - \dfrac{{{m^2}}}{{4x}}}} \cdot {e^{ - yx}}dx}  = 2\frac{{\sqrt \pi  }}{m}{e^{ - m\sqrt y }}{\text{  }}} Δ. Δασκαλόπουλος - Ανώτερα Μαθηματικά Ε.Μ.Π.
3ος τόμος – σελ. 350 & 355 με αποδείξεις που βασίζονται σε χρήση διαφορικών εξισώσεων πραγματικής μεταβλητής.

A! επίσης και ότι \displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\sin \left( {\sqrt a x} \right){e^{ - xy}}dx}  = \frac{{\sqrt a }}{{{y^2} + a}}} (επίσης στοιχειώδης απόδειξη)
Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#125

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

erxmer έγραψε:60) Nα υπολογιστεί το \boxed{\displaystyle{\int_{-\infty}^{+\infty}{\frac{(3x+1)sin(ax)}{9x^2+6x+10}}}}, όπου συγκλίνει.
Πάλι με καθαρή Πραγματική Ανάλυση

Αν a=0 τότε το ολοκλήρωμα μηδενίζεται. Για \displaystyle{a \ne 0} έχουμε

\displaystyle{\int\limits_{ - \infty }^\infty  {\frac{{\left( {3x + 1} \right)\sin ax}}{{9{x^2} + 6x + 10}}dx}  = \int\limits_{ - \infty }^\infty  {\frac{{\left( {3x + 1} \right)\sin ax}}{{{{\left( {3x + 1} \right)}^2} + 9}}dx}  = \mathop  = \limits^{3x + 1 = 3y}  = \int\limits_{ - \infty }^\infty  {\frac{{3y\sin \left( {ay - \dfrac{a}{3}} \right)}}{{9{y^2} + 9}}dy}  = \frac{1}{3}\int\limits_{ - \infty }^\infty  {\frac{{y\left( {\sin ay \cdot \cos \dfrac{a}{3} - \cos ay \cdot \sin \dfrac{a}{3}} \right)}}{{{y^2} + 1}}dy}  = }

\displaystyle{ = \mathop  = \limits^{odd - even}  = \frac{{2\cos \dfrac{a}{3}}}{3}\int\limits_0^\infty  {\frac{{y\sin ay}}{{{y^2} + 1}}dy}  = \mathop  = \limits^{y = \sqrt x }  = \frac{{\cos \dfrac{a}{3}}}{3}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin a\sqrt x }}{{x + 1}}dx}  = \frac{{\cos \dfrac{a}{3}}}{3}\int\limits_0^\infty  {\sin a\sqrt x \left( {\int\limits_0^\infty  {{e^{ - \left( {x + 1} \right)y}}dy} } \right)dx}  = }

\displaystyle{ = \frac{{\cos \dfrac{a}{3}}}{3}\int\limits_0^\infty  {{e^{ - y}}\left( {\int\limits_0^\infty  {\sin a\sqrt x {e^{ - xy}}dx} } \right)dy}  = \frac{{\cos \dfrac{a}{3}}}{3}\int\limits_0^\infty  {{e^{ - y}}\frac{{a\sqrt \pi  }}{{2y\sqrt y }}{e^{ - \dfrac{{{a^2}}}{{4y}}}}dy}  = \mathop  = \limits^{y = \frac{1}{x}}  = \frac{{a\sqrt \pi  \cos \dfrac{a}{3}}}{6}\int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{\sqrt x }}{e^{ - \dfrac{1}{x}}} \cdot {e^{ - \dfrac{{{a^2 x}}}{4}}}dx}  = }

\displaystyle{ = \frac{{a\sqrt \pi  \cos \dfrac{a}{3}}}{6}\sqrt {\frac{\pi }{{\dfrac{{{a^2}}}{4}}}} {e^{ - 2\sqrt {\dfrac{{{a^2}}}{4}} }} = \frac{{a\pi {e^{ - \left| a \right|}}}}{{3\left| a \right|}}\cos \frac{a}{3}}

Χρησιμοποιήθηκαν οι ίδιοι τύποι που εφαρμόστηκαν (και επισημάνθηκαν) παραπάνω.
Σεραφείμ Τσιπέλης
kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#126

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 »

61. Άς υπολογιστεί το \displaystyle \int_{0}^{\infty}{\frac{\ln \left(2x \right)}{x^2+9}}dx.

(έχω μια λύση με μιγαδική, καλό θα ήταν να βλέπαμε μια και με πραγματική αν είναι εφικτό)
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#127

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

kwstas12345 έγραψε:61. Άς υπολογιστεί το \displaystyle \int_{0}^{\infty}{\frac{\ln \left(2x \right)}{x^2+9}}dx.

(έχω μια λύση με μιγαδική, καλό θα ήταν να βλέπαμε μια και με πραγματική αν είναι εφικτό)
\displaystyle{I = \int\limits_0^\infty  {\frac{{\ln \left( {2x} \right)}}{{{x^2} + 9}}dx}  = \mathop  = \limits^{x = 3y}  = \frac{1}{3}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\ln \left( {6y} \right)}}{{{y^2} + 1}}dy}  = \frac{1}{3}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\ln \left( 6 \right)}}{{{y^2} + 1}}dy}  + \frac{1}{3}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\ln \left( y \right)}}{{{y^2} + 1}}dy}  = \frac{{\ln \left( 6 \right)}}{3}\left[ {\arctan y} \right]_0^\infty  + \frac{1}{3} \cdot J = \frac{{\pi  \cdot \ln \left( 6 \right)}}{6} + \frac{1}{3} \cdot J}

\displaystyle{J = \int\limits_0^\infty  {\frac{{\ln \left( y \right)}}{{{y^2} + 1}}dy}  = \mathop  = \limits^{\big{y = \dfrac{1}{x}}}  = \int\limits_0^\infty  {\frac{{ - \ln \left( x \right)}}{{{x^2} + 1}}dx}  =  - J \Rightarrow J = 0{\text{  \&   }}\boxed{I = \frac{{\pi  \cdot \ln \left( 6 \right)}}{6}}}
Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
mathxl
Δημοσιεύσεις: 6736
Εγγραφή: Τρί Δεκ 23, 2008 3:49 pm
Τοποθεσία: Σιδηρόκαστρο
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#128

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από mathxl »

62.
\displaystyle{I = \int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{1 + {x^n}}}} \:dx}, n φυσικός μεγαλύτερος του 1


Απάντηση
Ποτε δεν κάνω λάθος! Μια φορά νομιζα πως είχα κάνει, αλλά τελικά έκανα λάθος!
Απ' τα τσακάλια δεν γλυτώνεις μ' ευχές η παρακάλια. Κ. Βάρναλης
Aπέναντι στις αξίες σου να είσαι ανυποχώρητος

Ενεργό μέλος από 23-12-2008 ως και 17-8-2014 (δεν θα απαντήσω σε πμ)
kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#129

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 »

Πολύ ωραία η λύση του κ. Σεραφείμ, μια άλλη λύση με μιγαδική ανάλυση, με την μέθοδο της ''κλειδαρότρυπας''.

Θεωρούμε κλειστή καμπύλη \displaystyle C=C_{1}\cup C_{2} \cup C_{3} \cup C_{4} η οποία αποτελείται από τον αριστερόστροφο κύκλο \displaystyle C_{1} ακτίνας R, δεξιόστροφο (αρνητική φορά διαγραφής) κύκλο \displaystyle C_{3} ακτίνας r , ευθύγραμο τμήμα \displaystyle C_{2} και ευθύγραμο τμήμα \displaystyle C_{4}.

Θεωρούμε την μιγαδική συνάρτηση \displaystyle f\left(z \right)=\frac{\left(\ln \left(2z \right) \right)^2}{z^2+9} και επειδή η \displaystyle \left(\ln \left(2z \right) \right)^2 είναι πλειιότιμη για να γίνει μονότιμη επιλέγω κλάδική τομή την ημιευθεία που έχε σαν αρχή το O (τον άξονα των θετικών πραγματικών).

Τότε θα είναι \displaystyle 0<arg z\leqslant 2\pi. Η συνάρτηση f έχει δύο απλούς πόλους στα \displaystyle \pm 3i, τότε τα ρέσιντιου σε αυτές τις θέσεις είναι: \displaystyle Res\left(f,3i \right)=\frac{\left(\ln 6i \right)^2}{6i}=\frac{\left(\ln 6+i\pi/2 \right)^2}{6i} \displaystyle Res\left(f,-3i \right)=\frac{\left(\ln -6i \right)^2}{-6i}=-\frac{\left(\ln 6+i3\pi/2 \right)^2}{6i}.

Άρα \displaystyle 2\pi i\sum{Res\left(f,z_{1} \right)}=2\pi\left(-2\pi i \ln 6 \right)\frac{1}{6}+\frac{2\pi ^3}{3}=-\frac{2i \pi ^2 \ln 6 }{3}+\frac{2\pi ^3}{3}. Τώρα θα είναι \displaystyle \int _{C} f\left(z \right)dz=\int_{C_{1}}f\left(z \right)dz+\int _{C_{3}}f\left(z \right)dz+\int _{C_{2}}f\left(z \right)dz+\int _{C_{4}}f\left(z \right)dz

Aκόμη στο κύκλο C_{1} με αντικατάσταση \displaystyle z=Re^{it} και \displaystyle \int _{C_{1}}f\left(z \right)dz=\int_{0}^{2 \pi}{\frac{\left(\ln 2Re^{it} \right)^2}{R^2 e^{2it}+9}}iRe^{it} dt καθώς \displaystyle \left|\int_{0}^{2 \pi}{\frac{\left(\ln 2Re^{it} \right)^2}{R^2 e^{2it}+9}}iRe^{it} dt \right|\leqslant \int_{0}^{2 \pi}{\frac{\left|\ln 2R+it \right|^2}^{\left|R^2 e^{2it}+9 \right|}}Rdt\leqslant \int_{0}^{2 \pi}{\frac{\left(\ln^2 2R+2it\ln 2R-t^2 \right)}{R^2-9}}Rdt\rightarrow 0 όταν αφήσουμε \displaystyle R\rightarrow \infty

Ακόμη στον κύκλο \displaystyle C_{3} όταν \displaystyle z=re^{it} θα έχουμε \displaystyle \int _{C_{3}}f\left(z \right)dz=\int_{2 \pi}^{0}{\frac{\left(\ln 2r+it \right)^2}^{r^2 e^{2it}+9}}ire^{it}dt καθώς \displaystyle \left|\int_{2 \pi}^{0}{\frac{\left(\ln 2r+it \right)^2}^{r^2 e^{2it}+9}}ire^{it}dt \right|\leqslant \int_{0}^{2 \pi}{\left|\frac{\ln^2 2r+2it\ln 2r-t^2}{r^2e^{2it}+9} \right|r}dt\leqslant \displaystyle \int_{0}^{2 \pi}{|\frac{\ln^2 2r+2it\ln 2r-t^2|r}{r^2-9}}dt\rightarrow 0,r\rightarrow 0

Τώρα το \displaystyle C_{4} έχει παραμετρική z=x άρα \displaystyle \int _{C_{4}}f\left(z \right)dz=\int_{r}^{R}{\frac{\left(\ln 2x \right)^2}{x^2+9}}dx

ενώ για το C_{2} που έχει παραμετρική z=xe^{2\pi i} θα έχουμε \displaystyle \int _{C_{2}}f\left(z \right)dz=\int_{R}^{r}{\frac{\left(\ln 2x+2\pi i \right)^2}{x^2 e^{4\pi}+1}}dx=-\int_{r}^{R}{\frac{\left(\ln 2x \right)^2}{x^2+9}}dx-4\pi i \int_{r}^{R}\frac{\ln 2x}{x^2+9}dx \displaystyle  \int_{r}^{R}{\frac{4\pi ^2}{x^2+9}}dx.

Άρα \displaystyle \int _{C_{2}} f\left(z \right)dz+\int _{C_{4}} f\left(z \right)dz=-4\pi i \int_{0}^{\infty}{\frac{\ln 2x}{x^2+9}}dx+\int_{0}^{\infty}{\frac{4\pi^2}{x^2+9}}dx= \displaystyle 2\pi i\sum{Res\left(f,z_{i} \right)}.Εξισώνοντας πραγματικα και φανταστικά μέρη βρίσκουμε \displaystyle \boxed {\int_{0}^{\infty}{\frac{\ln 2x}{x^2+9}dx=\frac{\pi \ln 6}{6}}}

Να σημειωθεί ότι και αν πάρουμε κλάδο ασυνέχειας τον αρνητικό ημιάξονα των πραγματικών θα έχουμε την ίδια λύση, μόνο που τότε \displaystyle -\pi<arg z \leqslant \pi

Edit: Yπάρχει άλλη μια λύση με μιγαδική.
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος kwstas12345 την Τετ Ιουν 08, 2011 7:47 pm, έχει επεξεργασθεί 3 φορές συνολικά.
Άβαταρ μέλους
mathxl
Δημοσιεύσεις: 6736
Εγγραφή: Τρί Δεκ 23, 2008 3:49 pm
Τοποθεσία: Σιδηρόκαστρο
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#130

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από mathxl »

63.
Να υπολογίσετε το \displaystyle{I = \int\limits_{ - \infty }^{ + \infty } {{e^{ - \frac{1}{2}\left( {a{x^2} + \frac{b}{{{x^2}}}} \right)}}dx} ,a,b > 0}


Απάντηση
Ποτε δεν κάνω λάθος! Μια φορά νομιζα πως είχα κάνει, αλλά τελικά έκανα λάθος!
Απ' τα τσακάλια δεν γλυτώνεις μ' ευχές η παρακάλια. Κ. Βάρναλης
Aπέναντι στις αξίες σου να είσαι ανυποχώρητος

Ενεργό μέλος από 23-12-2008 ως και 17-8-2014 (δεν θα απαντήσω σε πμ)
kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#131

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 »

62. Ο ρίζουμε την συνάρτηση \displaystyle f\left(z \right)=\frac{1}{z^n+1} η οποία έχει πόλο στο σημείο (απλό) στο σημείο \displaystyle z_{1}=e^{\frac{i\pi}{n}} ο οποίος περιέχεται εντός της καμπύλης C με \displaystyle C=C_{1} \cup C_{2} \cup C_{3} με C_{1} ευθύγραμμο τμήμα από το 0 στο R, C_{2} τόξο κύκλου (αριστερόστροφο) και C_{3} η αντίστοιχη ακτίνα στο ''τέλος'' του τόξου (θα χρειαστεί σχήμα).

Είναι \displaystyle Res\left(f, e^{i\pi/n} \right)=\frac{1}{ne^{(\pi i/n )\left(n-1 \right)}}=-\frac{1}{n}e^{ i \pi/n} και \displaystyle \int _{C}f\left(z \right)=\int_{C_{1}}f\left(z \right)dz+\int _{C_{2}}f\left(z \right)dz+\int _{C_{3}}f\left(z \right)dz

Τώρα \displaystyle \int _{C_{1}}f\left(z \right)dz=\int_{0}^{R}{\frac{1}{1+x^n}}dx και \displaystyle \int _{C_{3}}f\left(z \right)dz=-\int_{0}^{R}{\frac{z_{1}^2}{x^n z_{1}^{2n}+1}}dx=-z_{1}^2 \int_{0}^{R}{\frac{dx}{x^n+1}} καθώς η C_{3} έχει παραμετρική εξίσωση \displaystyle z\left(t \right)=tz_{1}^2, z_{1}^{2n}=1

Και \displaystyle \left|\int _{C_{2}}f\left(z \right)dz \right|=\left|\int_{0}^{\phi }{\frac{1}{1+R^n e^{nit}}}iRe^{it} dt \right|\rightarrow 0,R\rightarrow \infty. Προσθέτωντας τα παραπάνω θα λάβουμε: \displaystyle \left(1-z_{1}^2 \right)\int_{0}^{\infty}{\frac{dx}{1+x^n}}=-\frac{2\pi i z_{1}}{n}\Rightarrow \int_{0}^{\infty}{\frac{dx}{1+x^n}}=-\frac{2\pi i z_{1}}{n\left(1-z_{1}^2 \right)}

Επειδή \displaystyle \frac{1}{n}\frac{2\pi i z_{1}}{-1+z_{1}^2}=\frac{\pi}{n}\frac{2ie^{i\pi/n}}{-1+e^{2i\pi/n}}=\frac{\pi}{n}\frac{2i}{e^{i\pi/n}-e^{-i\pi/n}}=\frac{\pi}{n}\csc \frac{\pi}{n} άρα \displaystyle \boxed{\int_{0}^{\infty}{\frac{dx}{1+x^n}}=\frac{\pi}{n}\csc \left(\frac{\pi}{n} \right)}
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#132

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

mathxl έγραψε:62. \displaystyle{I = \int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{1 + {x^n}}}} \:dx}, n φυσικός μεγαλύτερος του 1
Με Πραγματική Ανάλυση.

\displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{1 + {x^n}}}dx}  = \mathop  = \limits^{\big{x = {y^{1/n}}}}  = \frac{1}{n}\int\limits_0^\infty  {{y^{\dfrac{1}{n} - \big 1}}\frac{1}{{1 + y}}dy}  = \frac{1}{n}\int\limits_0^\infty  {{y^{\dfrac{1}{n} - \big 1}}\int\limits_0^\infty  {{e^{ \big{- \left( {y + 1} \right)x}}}dx} dy}  = \frac{1}{n}\int\limits_0^\infty  {{e^{\big{ - x}}}\int\limits_0^\infty  {{y^{\dfrac{1}{n} \big { - 1}}}{e^{ \big{- xy}}}dy} dx}  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{n}\int\limits_0^\infty  {{e^{\big{ - x}}}\frac{{\Gamma \left( {\dfrac{1}{n}} \right)}}{{{x^{\dfrac{1}{n}}}}}dx}  = \frac{1}{n}\Gamma \left( {\frac{1}{n}} \right)\int\limits_0^\infty  {{x^{ - \dfrac{1}{n}}}{e^{ - x}}dx}  = \frac{1}{n}\Gamma \left( {\frac{1}{n}} \right)\Gamma \left( {1 - \frac{1}{n}} \right) = \frac{\pi }{{n \cdot \sin \left( {\dfrac{\pi }{n}} \right)}}}

Χτησιμοποιήθηκαν οι τύποι \displaystyle{\int\limits_0^\infty  {{x^a}{e^{ - xy}}dx}  = \frac{{\Gamma \left( {a + 1} \right)}}{{{y^{a + 1}}}}} (Laplace της \displaystyle{{{x^a}}} ) και \displaystyle{\Gamma \left( a \right)\Gamma \left( {1 - a} \right) = \frac{\pi }{{\sin \left( {a\pi } \right)}}} (υπάρχει παντού).
Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#133

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

mathxl έγραψε:63. Να υπολογίσετε το \displaystyle{I = \int\limits_{ - \infty }^{ + \infty } {{e^{ - \frac{1}{2}\left( {a{x^2} + \frac{b}{{{x^2}}}} \right)}}dx} ,a,b > 0}
Με Πραγματική Ανάλυση.

\displaystyle{\int\limits_{ - \infty }^{ + \infty } {{e^\big{{ - \frac{1}{2}\left( {a{x^2} + \dfrac{b}{{{x^2}}}} \right)}}}dx}  = \mathop  = \limits^{\big even}  = 2\int\limits_0^{ + \infty } {{e^{\big{ - \dfrac{1}{2}\left( {a{x^2} + \dfrac{b}{{{x^2}}}} \right)}}}dx}  = \mathop  = \limits^{\big{{x^2} = y}}  = \int\limits_0^{ + \infty } {\frac{1}{{\sqrt y }}{e^{\big{ - \dfrac{1}{2}\left( {ay + \dfrac{b}{y}} \right)}}}dx}  = }

\displaystyle{ = \int\limits_0^{ + \infty } {\frac{1}{{\sqrt y }}{e^{\big{ - \dfrac{{2b}}{{4y}}}}}{e^{\big{ - \left( {\dfrac{a}{2}} \right)y}}}dx}  = \sqrt {\frac{\pi }{{\dfrac{a}{2}}}} {e^{\big{ - \sqrt {2b\dfrac{a}{2}} }}} = \sqrt {\frac{{2\pi }}{a}} {e^{\big{ - \sqrt {ab} }}}}

Χρησιμοποιήθηκε ο τύπος \displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\frac{1}{{\sqrt x }}{e^{ - \dfrac{{{a^2}}}{{4x}}}}{e^{ - yx}}dx}  = \sqrt {\frac{\pi }{y}} {e^{ - a\sqrt y }}} Δ. Δασκαλόπουλος Ανώτερα Μαθηματικά Ε.Μ.Π. 3ος τόμος, σελίδα 355 (μετασχηματισμός Laplace της \displaystyle{{\frac{1}{{\sqrt x }}{e^{ - \dfrac{{{a^2}}}{{4x}}}}}} )
Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
erxmer
Δημοσιεύσεις: 1615
Εγγραφή: Δευ Σεπ 13, 2010 7:49 pm
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#134

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από erxmer »

64)

Nα υπολογιστεί το
\boxed{\displaystyle{I = \int\limits_0^\infty {\frac {{\sin x}}{{x(x ^2 + a^2)}} dx, a> 0}}}

65)
Για τους πραγματικούς αριθμούς m ώστε 3 <m<7 αποδείξτε οτι
\boxed{\displaystyle{\int_{0}^{\infty}{\int_{0}^{\infty}{\frac{x(sinxsiny)^2}{(x+y)^m}}}dxdy=\frac{B(\frac{m-3}{2}, \frac{7-m}{2})}{2^{7-m}\Gamma (m-1)}}}
kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#135

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 »

64 Θεωρούμε την μιγαδική συνάρτηση \displaystyle f\left(z \right)=\frac{e^{iz}}{z\left(z^2+a^2 \right)}, a>0 η οποία έχει απλό πόλο τα σημεία \displaystyle 0,ai στο άνω ημιεπέιπεδο, όπου είναι αναλύτική εκτός από τα δύο αυτά σημεία. Θεψρούμε τώρα κλειστή και θετικά προσανατολισμένη ημιπεριφέρεια ακτίνας R>a η οποία περιέχει τους δύο πόλους.Η C έχει στο εσωτερικό της γύρω από το 0 ημικύκλιο ακτίνας \displaystyle \delta από C εώς D

Ακόμη περιέχει και τα ευθύγραμμα τμήματα C_{3,4}

Είναι \displaystyle Res\left(f,ai \right)=-\frac{e^{-a}}{2a^2},Res\left(f,0 \right)=\frac{1}{a^2}, συνεπώς \displaystyle \int _{C} f\left(z \right)dz=2\pi i Res\left(f,ai \right)+\pi i Res\left(f,0 \right)

Ακόμη: \displaystyle \int _{C_{1}} f\left(z \right)dz=\int _{C_{2}}f\left(z \right)dz+\int _{C_{3}}f\left(z \right)dz+\int _{C_{4}}f\left(z \right)dz (1)

Στον κύκλο C_{1} με \displaystyle z=Re^{it} \displaystyle \int _{C_{2}}f\left(z \right)dz=\int_{0}^{\pi}{\frac{e^{iRe^{it}}}{Re^{it}\left(R^2e^{2it}+a^2 \right)}iRe^{it}}dt και \displaystyle \left|\int_{0}^{\pi}{\frac{e^{iRe^{it}}}{Re^{it}\left(R^2e^{2it}+a^2 \right)}iRe^{it}}dt \right|\leqslant \int_{0}^{\pi} {\frac{\left|e^{iR\cos t} e^{-R\sin t}\right|}{\left|R^2 e^{2it}+a^2 \right|}}dt\leqslant \int_{0}^{\pi}{\frac{e^{-R \sin t}}{\left|R^2 -a^2\right|}}dt\rightarrow 0

καθώς \displaystyle R\rightarrow \infty

Επίσης \displaystyle \int _{C_{2}}f\left(z \right)dz=\lim_{\delta \rightarrow 0}\int_{C}^{D}{\frac{e^{iz}}{z\left(z^2+a^2 \right)}}dz=-\pi i Res\left(f,0 \right) καθώς και \displaystyle \int _{C_{3}}f\left(z \right)dz=\int_{-R}^{-\delta }{\frac{e^{ix}}{x\left(x^2+a^2 \right)}}dx,\int _{C_{4}}f\left(z \right)dz=\int_{\delta }^{R}{\frac{e^{ix}}{x\left(x^2+a^2 \right)}}dx.

Άρα \displaystyle \int _{C_{3}}f\left(z \right)dz+\int _{C_{4}}f\left(z \right)dz=\int_{-\infty}^{\infty}{\frac{e^{ix}}{x\left(x^2+a^2 \right)}}dx,\left(\delta ,R \right)\rightarrow \left(0,\infty \right) και η (1) θα γίνει: \displaystyle \int_{-\infty}^{\infty}{\frac{e^{ix}}{x\left(x^2+a^2 \right)}}dx=2\pi i Res\left(f,ai \right)+\pi i Res\left(f,0 \right)=i\frac{\pi\left(1-e^{-a} \right)}{a^2}

Εξισώνοντας πραγματικά και φανταστικά μέρη βρίσκουμε \displaystyle \int_{-\infty}^{\infty}{\frac{\sin x}{x\left(x^2+a^2 \right)}}dx=\frac{\pi\left(1-e^{-a} \right)}{a^2} και επειδή η μέσα συνάρτηση είναι άρτια θα έχουμε το μισό , δηλαδή: \displaystyle \boxed{\int_{0}^{\infty}{\frac{\sin x}{x\left(x^2+a^2 \right)}}dx=\frac{\pi\left(1-e^{-a} \right)}{2a^2}}
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#136

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

erxmer έγραψε:64) Nα υπολογιστεί το \boxed{\displaystyle{I = \int\limits_0^\infty {\frac {{\sin x}}{{x(x ^2 + a^2)}} dx, a> 0}}}
Και πάλι με Πραγματική Ανάλυση.

\displaystyle{\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin x}}{{x\left( {{x^2} + {a^2}} \right)}}dx}  = \frac{1}{{{a^2}}}\int\limits_0^\infty  {\sin x\left( {\frac{1}{x} - \frac{x}{{{x^2} + {a^2}}}} \right)dx}  = \frac{1}{{{a^2}}}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin x}}{x}dx}  - \frac{1}{{{a^2}}}\int\limits_0^\infty  {\sin x\frac{x}{{{x^2} + {a^2}}}dx} \mathop  = \limits^{x = \sqrt y }  = }

\displaystyle{ = \frac{\pi }{{2{a^2}}} - \frac{1}{{2{a^2}}}\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin \sqrt y }}{{y + {a^2}}}dy}  = \frac{\pi }{{2{a^2}}} - \frac{1}{{2{a^2}}}\int\limits_0^\infty  {\sin \sqrt y \int\limits_0^\infty  {{e^{ - \left( {y + {a^2}} \right)x}}dx} dy}  = \frac{\pi }{{2{a^2}}} - \frac{1}{{2{a^2}}}\int\limits_0^\infty  {{e^{ - {a^2}x}}\int\limits_0^\infty  {\sin \sqrt y {e^{ - yx}}dy} dx}  = }

\displaystyle{ = \frac{\pi }{{2{a^2}}} - \frac{1}{{2{a^2}}}\int\limits_0^\infty  {{e^{ - {a^2}x}}\frac{{\sqrt \pi  }}{{2x\sqrt x }}{e^{ - 1/4x}}dx}  = \mathop  = \limits^{x = 1/y}  = \frac{\pi }{{2{a^2}}} - \frac{{\sqrt \pi  }}{{4{a^2}}}\int\limits_0^\infty  {{e^{ - 4{a^2}/4y}}\frac{1}{{\sqrt y }}{e^{ - y/4}}dy}  = \frac{\pi }{{2{a^2}}} - \frac{{\sqrt \pi  }}{{4{a^2}}} \cdot \frac{{\sqrt \pi  }}{{\sqrt {1/4} }}{e^{ - 2a\sqrt {1/4} }} \Rightarrow }

\displaystyle{ \Rightarrow \boxed{\int\limits_0^\infty  {\frac{{\sin x}}{{x\left( {{x^2} + {a^2}} \right)}}dx}  = \frac{\pi }{{2{a^2}}} - \frac{\pi }{{2{a^2}}}{e^{ - a}}}}

Οι τύποι που χρησιμοποιήθηκαν έχουν αναφερθεί πολλάκις π.χ. στην ανάρτηση Νο 57.
Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
erxmer
Δημοσιεύσεις: 1615
Εγγραφή: Δευ Σεπ 13, 2010 7:49 pm
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#137

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από erxmer »

66)

Ας αποδειχθεί οτι
\boxed{\displaystyle{\int_{0}^{\infty}{[(x^n+1)^{\frac{1}{n}}-x]dx}=\frac{1}{2n}B(1-2/n, 1/n)}}

67)
Ας αποδειχθεί οτι
\boxed{\displaystyle{\frac{1}{\pi}{\int_{0}^{\infty}{ln^4(\frac{x}{x^2+1})\frac{dx}{(x^2+1)^2}}}=\frac{19}{960}{\pi}^4+\frac{1}{2}{\pi}^2ln^22+4ln^42+3\zeta (3)ln2}}
Άβαταρ μέλους
erxmer
Δημοσιεύσεις: 1615
Εγγραφή: Δευ Σεπ 13, 2010 7:49 pm
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#138

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από erxmer »

69)

Δείξτε οτι
\boxed{\displaystyle{\int_{0}^{\infty}{(xe^{1-x})^ndx}=\frac{n!}{n^{n+1}e^{-n}}}}
kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#139

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 »

Για το 69, αρκεί να αποδειχτεί ότι \displaystyle \int_{0}^{\infty}{x^n e^{-nx}dx}=\frac{n!}{n^{n+1}}. Όμως η συνάρτηση γάμα ορίζεται σαν \displaystyle \Gamma \left(z \right)=\int_{0}^{\infty}{e^{-t}t^{z-1}dt},Rez>0

και από γνωστή ιδιότητα για \displaystyle n \in \mathbb{N}^{*}:\Gamma \left(n+1 \right)=n!, δηλαδή \displaystyle \int_{0}^{\infty}{e^{-t}t^{n}dt}=n!. Θεωρούμε στο πάνω \displaystyle t=xn άρα \displaystyle dt=ndx

και θα έχουμε: \displaystyle n\int_{0}^{\infty}{{e^{-xn}\left(xn \right)^n}}dx=n!\Rightarrow \int_{0}^{\infty}{e^{-xn}x^{n}=\frac{n!}{n^{n+1}}} ,όπως θέλαμε.
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#140

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

erxmer έγραψε:66) Ας αποδειχθεί οτι \boxed{\displaystyle{\int_{0}^{\infty}{[(x^n+1)^{\frac{1}{n}}-x]dx}=\frac{1}{2n}B(1-2/n, 1/n)}}
Έστω \displaystyle{I = \int\limits_0^\infty  {\left\{ {{{\left( {{x^n} + 1} \right)}^{1/n}} - x} \right\}dx} } . Τότε \displaystyle{I = \int\limits_0^\infty  {\left\{ {{{\left( {{x^n} + 1} \right)}^{1/n}} - x} \right\}dx}  = \frac{1}{n}\int\limits_0^\infty  {\left( {\int\limits_0^1 {{{\left( {{x^n} + y} \right)}^{\left( {1/n} \right) - 1}}dy} } \right)dx}  = \frac{1}{n}\int\limits_0^1 {\int\limits_0^\infty  {{{\left( {{x^n} + y} \right)}^{\left( {1/n} \right) - 1}}dx} dy} }

Όμως \displaystyle{\int\limits_0^\infty  {{{\left( {{x^n} + y} \right)}^{\left( {1/n} \right) - 1}}dx}  = \mathop  = \limits^{{x^n} = z}  = \frac{1}{n}\int\limits_0^\infty  {{{\left( {z + y} \right)}^{\left( {1/n} \right) - 1}}{z^{\left( {1/n} \right) - 1}}dz}  = \frac{1}{n}\int\limits_0^\infty  {\frac{{{z^{\left( {1/n} \right) - 1}}}}{{{{\left( {z + y} \right)}^{1 - 1/n}}}}dz}  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{{n\Gamma \left( {1 - 1/n} \right)}}\int\limits_0^\infty  {{z^{\left( {1/n} \right) - 1}}\int\limits_0^\infty  {{t^{ - 1/n}}{e^{ - \left( {z + y} \right)t}}dt} dz}  = \frac{1}{{n\Gamma \left( {1 - 1/n} \right)}}\int\limits_0^\infty  {{e^{ - yt}}{t^{ - 1/n}}\int\limits_0^\infty  {{z^{\left( {1/n} \right) - 1}}{e^{ - zt}}dz} dt}  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{{n\Gamma \left( {1 - 1/n} \right)}}\int\limits_0^\infty  {{e^{ - yt}}{t^{ - 1/n}}\Gamma \left( {\frac{1}{n}} \right)\frac{1}{{{t^{1/n}}}}dt}  = \frac{{\Gamma \left( {1/n} \right)}}{{n\Gamma \left( {1 - 1/n} \right)}}\int\limits_0^\infty  {{t^{ - 2/n}}{e^{ - yt}}dt}  = \frac{{\Gamma \left( {1/n} \right)\Gamma \left( {1 - 2/n} \right)}}{{n\Gamma \left( {1 - 1/n} \right){y^{1 - 2/n}}}}}

Τότε \displaystyle{I = \frac{{\Gamma \left( {1/n} \right)\Gamma \left( {1 - 2/n} \right)}}{{{n^2}\Gamma \left( {1 - 1/n} \right)}}\int\limits_0^1 {{y^{\left( {2/n} \right) - 1}}dy}  = \frac{{\Gamma \left( {1 - 2/n} \right)\Gamma \left( {1/n} \right)}}{{{n^2}\Gamma \left( {1 - 1/n} \right)}}\frac{1}{{2/n}} = \frac{{\Gamma \left( {1/n} \right)\Gamma \left( {1 - 2/n} \right)}}{{2n\Gamma \left( {1 - 1/n} \right)}} = \frac{1}{{2n}}B\left( {1 - 2/n,1/n} \right)}

Χρησιμοποιήθηκαν οι τύποι \displaystyle{\int\limits_0^\infty  {{x^a}{e^{ - xy}}dx}  = \frac{{\Gamma \left( {a + 1} \right)}}{{{y^{a + 1}}}}{\text{   \&    }}B\left( {a,b} \right) = \frac{{\Gamma \left( \alpha  \right)\Gamma \left( \beta  \right)}}{{\Gamma \left( {\alpha  + \beta } \right)}}}
Σεραφείμ Τσιπέλης
Απάντηση

Επιστροφή στο “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 6 επισκέπτες