δύσκολο λογισμός ∫

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Άβαταρ μέλους
pprime
Δημοσιεύσεις: 39
Εγγραφή: Κυρ Μαρ 16, 2014 1:54 am

δύσκολο λογισμός ∫

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από pprime » Δευ Αύγ 07, 2017 11:47 pm

1. \displaystyle{\int\limits_{0}^{1}{\int\limits_{0}^{1}{\frac{\arcsin \left( \sqrt{1-s}\sqrt{y} \right)}{\sqrt{1-y}\sqrt{sy-y+1}}dsdy}}=2\pi \left( 1-\ln 2 \right)}

2. \displaystyle{\int\limits_{0}^{1}{\int\limits_{0}^{1}{\frac{\arcsin \left( \sqrt{1-s}\sqrt{y} \right)}{\sqrt{1-s}\sqrt{y}\sqrt{sy-y+1}}dsdy}}=-\frac{7}{4}\zeta \left( 3 \right)+\frac{\pi ^{2}}{2}\ln 2}

3. \displaystyle{\int\limits_{0}^{1}{\frac{Li_{2}\left( x \right)}{\sqrt{1-x^{2}}}dx}=\frac{5\pi ^{3}}{24}-4\Im Li_{3}\left( 1+i \right)}



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

Re: δύσκολο λογισμός ∫

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Τετ Αύγ 16, 2017 2:32 pm

pprime έγραψε:2. \displaystyle{\int\limits_{0}^{1}{\int\limits_{0}^{1}{\frac{\arcsin \left( \sqrt{1-s}\sqrt{y} \right)}{\sqrt{1-s}\sqrt{y}\sqrt{sy-y+1}}dsdy}}=-\frac{7}{4}\zeta \left( 3 \right)+\frac{\pi ^{2}}{2}\ln 2}

\displaystyle{I = \int\limits_0^1 {\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt {1 - s} \sqrt y } \right)}}{{\sqrt {1 - s} \sqrt y \sqrt {sy - y + 1} }}ds\;dy} }  = \int\limits_0^1 {\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt {1 - s} \sqrt y } \right)}}{{\sqrt {1 - s} \sqrt y \sqrt {1 - y\left( {1 - s} \right)} }}ds\;dy} } } \displaystyle{\mathop { =  =  =  =  = }\limits^{1 - s \to s} \int\limits_0^1 {\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt {ys} } \right)}}{{\sqrt {1 - s} \sqrt y \sqrt {1 - ys} }}ds\;dy} } }

Κάνουμε τον μετασχηματισμό \displaystyle{ys = u} και \displaystyle{y = v} , οπότε \displaystyle{s = \frac{u}{v}} , \displaystyle{y = v} και \displaystyle{\left| {\frac{{\partial \left( {y,s} \right)}}{{\partial \left( {u,v} \right)}}} \right| = \frac{1}{v}}
[attachment=0]pprime-2.jpg[/attachment]
Τότε \displaystyle{I = \int\limits_0^1 {\int\limits_u^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt u } \right)}}{{v\sqrt u \sqrt {1 - u} }}dv\;du} }  = \int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt u } \right)}}{{\sqrt u \sqrt {1 - u} }}\int\limits_u^1 {\frac{1}{v}dv\;du} }  = } \displaystyle{ - \int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt u } \right)\log u}}{{\sqrt u \sqrt {1 - u} }}du} \mathop { =  =  =  = }\limits^{u = {w^2}}  - 4\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( w \right)\log w}}{{\sqrt {1 - {w^2}} }}dw}  = }

\displaystyle{ =  - 2\int\limits_0^1 {{{\left( {{{\arcsin }^2}\left( w \right)} \right)}{'}}\log wdw}  =  - 2\left[ {{{\arcsin }^2}\left( w \right)\log w} \right]_0^1 + } \displaystyle{2\int\limits_0^1 {\frac{{{{\arcsin }^2}\left( w \right)}}{w}dw}  = 2\int\limits_0^1 {\frac{{{{\arcsin }^2}\left( w \right)}}{w}dw}  = \mathop {\mathop { =  =  =  =  =  = }\limits_{w = \sin x} }\limits^{\arcsin \left( w \right) = x} }

\displaystyle{ = 2\int\limits_0^{\pi /2} {\frac{{{x^2}}}{{\sin x}}\cos x\;dx}  = 2\int\limits_0^{\pi /2} {{x^2}\left( {\log \sin x} \right)'\;dx}  = 2\left[ {{x^2}\log \sin x} \right]_0^{\pi /2}} \displaystyle{ - 4\int\limits_0^{\pi /2} {x\log \left( {\sin x} \right)\;dx}  =  - 4\int\limits_0^{\pi /2} {x\log \left( {\sin x} \right)\;dx}  = }

\displaystyle{ = 4\int\limits_0^{\pi /2} {x\left( {\log 2 + \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos 2nx}}{n}} } \right)\;dx}  =  = 4\log 2\int\limits_0^{\pi /2} {x\;dx}  + } \displaystyle{4\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{n}\int\limits_0^{\pi /2} {x\cos 2nx\;dx} }  = \frac{{{\pi ^2}\log 2}}{2} + 4\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{n}\int\limits_0^{\pi /2} {x\cos 2nx\;dx} }  = }

\displaystyle{ = \frac{{{\pi ^2}\log 2}}{2} + \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{ - 1 + \cos \left( {n\pi } \right)}}{{{n^3}}}}  = \frac{{{\pi ^2}\log 2}}{2} + \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{ - 1 + {{\left( { - 1} \right)}^n}}}{{{n^3}}}} } \displaystyle{ = \frac{{{\pi ^2}\log 2}}{2} - \zeta \left( 3 \right) + \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{{\left( { - 1} \right)}^n}}}{{{n^3}}}}  = \frac{{{\pi ^2}\log 2}}{2} - \frac{7}{4}\zeta \left( 3 \right)} :) :)


Χρησιμοποιήθηκε η σχέση \displaystyle{\log \left( {\sin x} \right) =  - \log 2 - \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos 2nx}}{n}} } (έχει αποδειχθεί αρκετές φορές εδώ μέσα).

Συνημμένα
pprime-2.jpg
pprime-2.jpg (10.28 KiB) Προβλήθηκε 951 φορές


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

Re: δύσκολο λογισμός ∫

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Τετ Αύγ 16, 2017 7:02 pm

pprime έγραψε:1. \displaystyle{\int\limits_{0}^{1}{\int\limits_{0}^{1}{\frac{\arcsin \left( \sqrt{1-s}\sqrt{y} \right)}{\sqrt{1-y}\sqrt{sy-y+1}}dsdy}}=2\pi \left( 1-\ln 2 \right)}

Λήμμα 1: \displaystyle{\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt {ys} } \right)}}{{\sqrt {1 - ys} }}ds}  = \frac{{2\left( {\sqrt y  - \sqrt {1 - y} \arcsin \left( {\sqrt y } \right)} \right)}}{y}} διότι \displaystyle{\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt {ys} } \right)}}{{\sqrt {1 - ys} }}ds} \mathop { =  =  = }\limits^{ys = w} \frac{1}{y}\int\limits_0^y {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt w } \right)}}{{\sqrt {1 - w} }}dw} }

\displaystyle{ = \frac{1}{y}\left[ {2\sqrt x  - 2\sqrt {1 - x} \arcsin \left( {\sqrt x } \right)} \right]_0^y = \frac{{2\left( {\sqrt y  - \sqrt {1 - y} \arcsin \left( {\sqrt y } \right)} \right)}}{y}}

Λήμμα 2: \displaystyle{\int\limits_0^1 {\frac{1}{{\sqrt y \sqrt {1 - y} }}dy}  = \pi } διότι \displaystyle{\int\limits_0^1 {\frac{1}{{\sqrt y \sqrt {1 - y} }}dy} \mathop { =  =  = }\limits^{y = {x^2}} \int\limits_0^1 {\frac{{2x}}{{x\sqrt {1 - {x^2}} }}dx}  = 2\left[ {\arcsin \left( x \right)} \right]_0^1 = \pi }

Λήμμα 3: \displaystyle{\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt y } \right)}}{y}dy}  = \pi \log 2} διότι \displaystyle{\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt y } \right)}}{y}dy} \mathop { =  =  = }\limits^{y = {x^2}} 2\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( x \right)}}{x}dx}  = 2\int\limits_0^1 {\arcsin \left( x \right)\left( {\log x} \right)'dx}  = }

\displaystyle{ =  - 2\int\limits_0^1 {\frac{{\log x}}{{\sqrt {1 - {x^2}} }}dx} \mathop { =  =  = }\limits^{x = \sin w}  - 2\int\limits_0^{\pi /2} {\log \left( {\sin w} \right)dw}  =  - 2\int\limits_0^{\pi /2} {\left( { - \log 2 - \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos 2nw}}{n}} } \right)dw}  = 2\pi \log 2}

Τότε

\displaystyle{I = \int\limits_0^1 {\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt {1 - s} \sqrt y } \right)}}{{\sqrt {1 - y} \sqrt {sy - y + 1} }}ds\;dy} }  = \int\limits_0^1 {\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt {1 - s} \sqrt y } \right)}}{{\sqrt {1 - y} \sqrt {1 - y\left( {1 - s} \right)} }}ds\;dy} } } \displaystyle{\mathop { =  =  =  =  = }\limits^{1 - s \to s} \int\limits_0^1 {\frac{1}{{\sqrt {1 - y} }}\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt {ys} } \right)}}{{\sqrt {1 - ys} }}ds} } \;dy = }

\displaystyle{ = 2\int\limits_0^1 {\left( {\frac{{\sqrt y  - \sqrt {1 - y} \arcsin \left( {\sqrt y } \right)}}{{y\sqrt {1 - y} }}} \right)} \;dy = 2\int\limits_0^1 {\left( {\frac{1}{{\sqrt y \sqrt {1 - y} }} - \frac{{\arcsin \left( {\sqrt y } \right)}}{y}} \right)dy} } \displaystyle{ = 2\int\limits_0^1 {\frac{1}{{\sqrt y \sqrt {1 - y} }}dy}  - 2\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt y } \right)}}{y}dy}  \Rightarrow }

\displaystyle{ \Rightarrow \int\limits_0^1 {\int\limits_0^1 {\frac{{\arcsin \left( {\sqrt {1 - s} \sqrt y } \right)}}{{\sqrt {1 - y} \sqrt {sy - y + 1} }}ds\;dy} }  = 2\pi  - 2\pi \log 2} :) :)


Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
pprime
Δημοσιεύσεις: 39
Εγγραφή: Κυρ Μαρ 16, 2014 1:54 am

Re: δύσκολο λογισμός ∫

#4

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από pprime » Δευ Αύγ 21, 2017 3:39 am

:clap: :clap: :clap2: :clap2: :clap2:


Απάντηση

Επιστροφή σε “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 10 επισκέπτες