Γενικευμένα Ολοκληρώματα

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

kwstas12345
Δημοσιεύσεις: 1052
Εγγραφή: Δευ Ιαν 11, 2010 2:12 pm

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#201

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από kwstas12345 » Σάβ Απρ 14, 2012 4:32 pm

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:\displaystyle{28)} Ας βάλουμε και κανένα γενικευμένο για επίλυση \displaystyle{\int_{0}^{\pi/2}\frac{\tan^{-1}(a\sin x)}{\sin x}\,dx} όπου |a|<1.
Από "Introduction to the theory of Fourier's series and integrals" Carslaw H.S. 1921.
Μια λύση, μιας και περασε καιρός.Iσχύει ότι \displaystyle \arctan x=\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{\left(-1 \right)^n x^{2n+1}}{2n+1}}, \left|x \right|\leqslant 1 άρα \displaystyle \frac{\arctan \left(a \sin x \right)}{\sin x}=\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{\left(-1 \right)^n a^{2n+1} \sin ^{2n} x}{2n+1}} και άρα έχουμε \displaystyle \int_{0}^{\pi /2}\frac{\arctan \left(a \sin x \right)}{\sin x}dx=\int_{0}^{\pi /2}\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{\left(-1 \right)^n a^{2n}  \sin ^{2n} x}{2n+1}} dx.

Μπορούμε να ενναλάξουμε ολοκληρώμα και σειρά.Αυτο διακιολογείται και από το θεώρημα Fubini αφού \displaystyle \sum_{n=0}^{\infty}{\int_{0}^{\pi/2}\frac{\left|a \right|^{2n+1} \sin^{2n} x}{2n+1}}dx < \infty (*).

Έστω τώρα \displaystyle I_{n}:=\int_{0}^{\pi /2}{\left(\sin x \right)^n dx} μετά από μια παραγοντική βρίσκουμε \displaystyle \frac{I_{2k}}{I_{2k-2}}=\frac{k-1}{k} οπότε πολλαπλασιάζοντας έχουμε τηλεσκοπικά \displaystyle I_{2n}=I_{0} \frac{\left(2n-1 \right)!!}{\left(2n \right)!!}=\frac{\pi}{2^{2n+1}}\binom{2n}{n}.

Άρα είναι εμφανές ότι η σειρά \displaystyle \sum_{n=0}^{\infty}\frac{\pi \left|a \right|^{2n+1}}{2^{2n+1}}\binom{2n}{n}=\frac{\pi}{2} \sum_{n=0}^{\infty}{\left(\frac{a^2}{4} \right)^n \binom{2n}{n}}=\frac{\pi}{2\sqrt{1-a^2}}<\infty.

Άρα \displaystyle \int_{0}^{\pi/2}{\frac{\arctan \left(a\sin x \right)}{\sin x}}dx=\frac{\pi}{2}\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{\left(-1 \right)^n a^{2n+1}}{4^n \left(2n+1 \right)}}\binom{2n}{n}=\frac{\pi}{2}\sinh^{-1} a.

Μια απόδειξη για την τελευταία σειρά: Χρησιμοποιύμε το διωνυμικό θεώρημα για να δούμε ότι \displaystyle \left(1+x^2 \right)^{-1/2} =\sum_{n=0}^{\infty}{\binom{2n}{n}\frac{\left(-1 \right)^n x^{2n}}{4^n}}, \left|x \right|<1. Ολοκληρώνοντας και τα δύο μέλη από 0 εως \displaystyle z,\left|z \right|<1:

\displaystyle \int_{0}^{z}{\frac{dx}{\sqrt{1+x^2}}}=\int_{0}^{z}{\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{\left(-1 \right)^n x^{2n}}{4^n}}}\binom{2n}{n} dx=\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{\left(-1 \right)^n}{4^n}\binom{2n}{n}\int_{0}^{z}{x^{2n} dx}}

\displaystyle \Rightarrow \sinh^{-1} z =\sum_{n=0}^{\infty}{\frac{\left(-1 \right)^n}{4^n}\binom{2n}{n}\frac{z^{2n+1}}{2n+1}}.


stranton
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 686
Εγγραφή: Πέμ Ιουν 25, 2009 5:00 pm
Τοποθεσία: Σπάρτη
Επικοινωνία:

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#202

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από stranton » Σάβ Απρ 14, 2012 10:22 pm

Nebuchadnezzar έγραψε: 86) \qquad \int_{-\infty}^{\infty} \cos(x^2) + \sin(x^2) dx
Θεωρούμε την γραμμή που σχηματίζεται από το τμήμα OA: z=x \; ,0\leq x\leq R , το τόξο AB: \; z=Re^{it} \; , 0\leq t\leq \frac{\pi}{4}
και το τμήμα BO: z=re^{i\frac{\pi}{4}} \; , R\leq r\leq 0 .

Η συνάρτηση f(z)=e^{iz^2} είναι αναλυτική άρα:
\displaystyle \int_{OA}f(z)dz +\int_{AB}f(z)dz +\int_{BO}f(z)dz = 0 \Rightarrow

\displaystyle \int_{0}^{R}e^{ix^2} dx + \int_{0}^{\pi /4}exp(iR^2e^{i2t})Rie^{it} dt + \int_{R}^{0}exp(ir^2e^{i\pi /2})e^{i\pi /4} dr = 0 \Rightarrow

\displaystyle \int_{0}^{R}e^{ix^2} dx =  e^{i\pi /4}\int_{0}^{R}e^{-r^2} dr - \int_{0}^{\pi /4}exp(iR^2e^{i2t})Rie^{it} dt \quad (1)

Είναι \displaystyle \lim_{R\to \infty}\int_{0}^{R}e^{-r^2} dr = \int_{0}^{\infty}e^{-r^2} dr = \dfrac{\sqrt{\pi}}{2} .

\displaystyle \left| \int_{0}^{\pi /4}exp(iR^2e^{i2t})Rie^{it} dt\right| \leq  R\int_{0}^{\pi /4}e^{-R^2\sin 2t} dt =

\displaystyle \dfrac{R}{2}\int_{0}^{\pi /2}e^{-R^2\sin u} du < \dfrac{R}{2}\cdot\dfrac{\pi}{2R^2} = \dfrac{\pi}{4R}\to 0 καθώς R\to\infty .

Παίρνοντας όρια στην (1) για R\to\infty , έχουμε: \displaystyle  \int_{0}^{\infty}\cos(x^2) dx + i  \int_{0}^{\infty}\sin(x^2) dx = \dfrac{\sqrt{2\pi}}{4}+i\dfrac{\sqrt{2\pi}}{4} .

Άρα \displaystyle  \int_{0}^{\infty}\cos(x^2) dx = \int_{0}^{\infty}\sin(x^2) dx = \dfrac{\sqrt{2\pi}}{4} οπότε \displaystyle  \int_{-\infty}^{\infty}\cos(x^2) dx = \int_{-\infty}^{\infty}\sin(x^2) dx = \dfrac{\sqrt{2\pi}}{2} .

Επομένως, \displaystyle  \int_{-\infty}^{\infty}[\cos(x^2)+\sin(x^2)] dx = \sqrt{2\pi} .


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

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#203

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Δευ Απρ 16, 2012 10:54 am

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:\displaystyle{28)} Ας βάλουμε και κανένα γενικευμένο για επίλυση \displaystyle{\int_{0}^{\pi/2}\frac{\tan^{-1}(a\sin x)}{\sin x}\,dx} όπου |a|<1.
Από "Introduction to the theory of Fourier's series and integrals" Carslaw H.S. 1921.
Μετά την όμορφη λύση με Σειρές, που μας χάρισε ο Κώστας παραπάνω .. και μια πιο στοιχειώδης ..

Έστω \displaystyle{f\left( a \right) = \int\limits_0^{\pi /2} {\frac{{\arctan \left( {a\sin \left( x \right)} \right)}}{{\sin x}}dx} } .

Τότε \displaystyle{f'\left( a \right) = \int\limits_0^{\pi /2} {\frac{{\sin x}}{{\sin x\left( {1 + {a^2}{{\sin }^2}x} \right)}}dx}  = \int\limits_0^{\pi /2} {\frac{1}{{1 + {a^2}{{\sin }^2}x}}dx}  = \int\limits_0^{\pi /2} {\frac{1}{{1 + {a^2}\dfrac{{{{\tan }^2}x}}{{1 + {{\tan }^2}x}}}}dx}  = \mathop  = \limits^{\tan x = y}  = }

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

Επομένως \displaystyle{f\left( a \right) = \frac{\pi }{2}\int {\frac{1}{{\sqrt {{a^2} + 1} }}da}  = \frac{\pi }{2}\ln \left( {a + \sqrt {{a^2} + 1} } \right) + c} .

Για \displaystyle{a = 0:f\left( 0 \right) = 0 \Rightarrow c = 0} . Άρα \displaystyle{\int\limits_0^{\pi /2} {\frac{{\arctan \left( {a\sin \left( x \right)} \right)}}{{\sin x}}dx}  = \frac{\pi }{2}\ln \left( {a + \sqrt {{a^2} + 1} } \right)} .


Παρεμπιπτόντως \displaystyle{\ln \left( {a + \sqrt {{a^2} + 1} } \right) = {\sinh ^{ - 1}}a} .


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

#204

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος » Δευ Απρ 23, 2012 8:24 pm

Και ένα σχετικά απλό για να πάρουμε μια ανάσα :

101) Για k>0 και n\geq0 πραγματικούς, ας υπολογισθεί το \displaystyle{\int_{0}^{1}x^n\ln\left(\sqrt{1+x^k}-\sqrt{1-x^k}\right)\,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

#205

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Τετ Απρ 25, 2012 1:24 am

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:101) Για k>0 και n\geq0 πραγματικούς, ας υπολογισθεί το \displaystyle{\int_{0}^{1}x^n\ln\left(\sqrt{1+x^k}-\sqrt{1-x^k}\right)\,dx}.
\displaystyle{\int_0^1 {{x^n}\ln \left( {\sqrt {1 + {x^k}}  - \sqrt {1 - {x^k}} } \right)dx}  = \frac{1}{{n + 1}}\int_0^1 {{{\left( {{x^{n + 1}}} \right)}{'}}\ln \left( {\sqrt {1 + {x^k}}  - \sqrt {1 - {x^k}} } \right)dx}  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{{n + 1}}\left[ {{x^{n + 1}}\ln \left( {\sqrt {1 + {x^k}}  - \sqrt {1 - {x^k}} } \right)} \right]_0^1 - \frac{1}{{n + 1}}\int_0^1 {{x^{n + 1}}\frac{{\dfrac{{k{x^{k - 1}}}}{{2\sqrt {1 + {x^k}} }} + \dfrac{{k{x^{k - 1}}}}{{2\sqrt {1 - {x^k}} }}}}{{\sqrt {1 + {x^k}}  - \sqrt {1 - {x^k}} }}dx}  = }

\displaystyle{ = \frac{{\ln 2}}{{2\left( {n + 1} \right)}} - \frac{k}{{2\left( {n + 1} \right)}}\int_0^1 {{x^n}\frac{{1 + \sqrt {1 - {x^{2k}}} }}{{\sqrt {1 - {x^{2k}}} }}dx}  = \frac{{\ln 2}}{{2\left( {n + 1} \right)}} - \frac{k}{{2\left( {n + 1} \right)}}\int_0^1 {\left( {\frac{{{x^n}}}{{\sqrt {1 - {x^{2k}}} }} + {x^n}} \right)dx}  = }

\displaystyle{ = \frac{{\left( {n + 1} \right)\ln 2 - k}}{{2{{\left( {n + 1} \right)}^2}}} - \frac{k}{{2\left( {n + 1} \right)}}\int_0^1 {\frac{{{x^n}}}{{\sqrt {1 - {x^{2k}}} }}dx}  = \mathop  = \limits^{{x^{2k}} = y}  = \frac{{\left( {n + 1} \right)\ln 2 - k}}{{2{{\left( {n + 1} \right)}^2}}} - \frac{k}{{4k\left( {n + 1} \right)}}\int_0^1 {{y^\big{{\dfrac{{n + 1}}{{2k}} - 1}}}{{\left( {1 - y} \right)}^\big{{\dfrac{1}{2} - 1}}}dy}  = }

\displaystyle{ = \frac{{\left( {n + 1} \right)\ln 2 - k}}{{2{{\left( {n + 1} \right)}^2}}} - \frac{k}{{4k\left( {n + 1} \right)}}B\left( {\frac{{n + 1}}{{2k}},\frac{1}{2}} \right) = \frac{{\left( {n + 1} \right)\ln 2 - k}}{{2{{\left( {n + 1} \right)}^2}}} - \frac{{k\sqrt \pi  }}{{4k\left( {n + 1} \right)}}\frac{{\Gamma \left( {\dfrac{{n + 1}}{{2k}}} \right)}}{{\Gamma \left( {\dfrac{{n + k + 1}}{{2k}}} \right)}}} .

Κανα λαθάκι .. δεν αποκλείεται .. :oops:


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

#206

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος » Κυρ Μάιος 20, 2012 1:12 am

102) Ας υπολογισθεί το \displaystyle{\int_{0}^{\pi/2}\frac{\arctan^{2}(\sin^2t)}{\sin^2t}\,dt}.


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

#207

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος » Κυρ Ιούλ 01, 2012 11:38 pm

103) Ας υπολογισθεί το \displaystyle{\int_{-1}^{0} \frac{x^2+2x}{\ln(x+1)}\,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

#208

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Δευ Ιούλ 02, 2012 10:27 am

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:103) Ας υπολογισθεί το \displaystyle{\int_{-1}^{0} \frac{x^2+2x}{\ln(x+1)}\,dx}.
\displaystyle{\int\limits_{ - 1}^0 {\frac{{{x^2} + 2x}}{{\ln \left( {x + 1} \right)}}dx}  = \mathop  = \limits^{x + 1 = u}  = \int\limits_0^1 {\frac{{{u^2} - 1}}{{\ln u}}du}  = \mathop  = \limits^{\ln u = y}  = \int\limits_{ - \infty }^0 {\frac{{{e^{2y}} - 1}}{y}{e^y}dy}  = \mathop  = \limits^{y =  - x}  =  - \int\limits_0^\infty  {\frac{{{e^{ - 2x}} - 1}}{x}{e^{ - x}}dx}  =  - \int\limits_0^\infty  {\left( {{e^{ - 3x}} - {e^{ - x}}} \right)\left( {\int\limits_0^\infty  {{e^{ - xy}}dy} } \right)dx}  = }

\displaystyle{ =  - \int\limits_0^\infty  {\left( {\int\limits_0^\infty  {\left( {{e^{ - \left( {y + 3} \right)x}} - {e^{ - \left( {y + 1} \right)x}}} \right)dx} } \right)dy}  =  - \int\limits_0^\infty  {\left( {\frac{1}{{y + 3}} - \frac{1}{{y + 1}}} \right)dy}  =  - \left[ {\ln \frac{{y + 3}}{{y + 1}}} \right]_0^\infty  = \ln 3}


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

#209

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος » Παρ Ιούλ 20, 2012 8:20 pm

104) Ας υπολογισθεί το \displaystyle{\int_{0}^{\pi/2}\left(\cos x\ln(\cos^2 x)\right)^2\,dx}.


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

#210

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος » Παρ Αύγ 03, 2012 2:40 pm

105) Δείξτε ότι \displaystyle{\int_{0}^{\pi/2}x^2\ln^2(2\cos x)\,dx=\frac{1}{5}\left(\frac{\pi}{2}\right)^5+\pi\int_{0}^{+\infty}y\ln^2(1-e^{-2y})\,dy=\frac{11\pi^5}{1440}} και

106) \displaystyle{\int_{0}^{\pi/2}x^2\ln^2(2\cos x)\,dx=\frac{\pi^5}{160}-\frac{\pi}{24}\int_{0}^{+\infty}\ln^3(1-e^{-2y})\,dy}

με μεθόδους πραγματικής ανάλυσης αν είναι δυνατόν.


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

#211

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος » Παρ Οκτ 19, 2012 1:10 am

107) Ας υπολογισθεί το \displaystyle{\int_{0}^{1}[-\ln x]^2\,dx}, όπου [\,\cdot\,] το ακέραιο μέρος.


Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
thepathofresistance
Δημοσιεύσεις: 22
Εγγραφή: Τρί Ιουν 14, 2011 2:56 am

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#212

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από thepathofresistance » Σάβ Ιαν 12, 2013 6:03 pm

kwstas12345 έγραψε:\displaystyle 72) Να υπολογιστεί το \displaystyle \int_{-\infty}^{\infty}{\frac{\sinh ax}{\sinh bx}}dx,b>\left|a \right|
\displaystyle{b > \left| a \right|}
\displaystyle{ 
K\left( {a,b} \right) = \int\limits_{ - \infty }^{ + \infty } {\frac{{\sinh ax}} 
{{\sinh bx}}dx}  = 2\int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{e^{ax}  - e^{ - ax} }} 
{{e^{bx}  - e^{ - bx} }}dx}  = 2\int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{\left( {e^{ax}  - e^{ - ax} } \right)e^{ - bx} }} 
{{1 - e^{ - 2bx} }}dx}  
}

\displaystyle{ 
 = 2\int\limits_0^{ + \infty } {\left( {e^{ax}  - e^{ - ax} } \right)e^{ - bx} \sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {e^{ - 2bxk} } dx}  = 2\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\int\limits_0^{ + \infty } {\left( {e^{ - x\left( {2bk + b - a} \right)}  - e^{ - x\left( {2bk + b + a} \right)} } \right)dx} }  
}

\displaystyle{ 
 = 2\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\left( {\frac{1} 
{{2bk + b - a}} - \frac{1} 
{{2bk + b + a}}} \right)}  = \frac{1} 
{b}\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\left( {\frac{1} 
{{k + \frac{{b - a}} 
{{2b}}}} - \frac{1} 
{{k + \frac{{b + a}} 
{{2b}}}}} \right)}  
}

\displaystyle{ 
 =  - \frac{1} 
{b}\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\left( {\frac{1} 
{{k + \frac{{b + a}} 
{{2b}}}} - \frac{1} 
{{k + \frac{{b - a}} 
{{2b}}}}} \right)}  =  - \frac{1} 
{b}\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\left( {\frac{1} 
{{k + \left( {\frac{{b + a}} 
{{2b}}} \right)}} - \frac{1} 
{{k + 1 - \frac{{b + a}} 
{{2b}}}}} \right)}  
}

\displaystyle{ 
 =  - \frac{1} 
{b}\left( {\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\frac{1} 
{{\frac{{b + a}} 
{{2b}} + k}}}  + \sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\frac{1} 
{{\frac{{b + a}} 
{{2b}} - \left( {k + 1} \right)}}} } \right) =  - \frac{1} 
{b}\left( {\frac{1} 
{{\frac{{b + a}} 
{{2b}}}} + \sum\limits_{k = 1}^{ + \infty } {\frac{1} 
{{\frac{{b + a}} 
{{2b}} + k}}}  + \sum\limits_{k = 1}^{ + \infty } {\frac{1} 
{{\frac{{b + a}} 
{{2b}} - k}}} } \right) 
}

\displaystyle{ 
 =  - \frac{\pi } 
{b} \cdot \frac{{\cos \left( {\frac{\pi } 
{2} + \frac{{\pi a}} 
{{2b}}} \right)}} 
{{\sin \left( {\frac{\pi } 
{2} + \frac{{\pi a}} 
{{2b}}} \right)}} =  - \frac{\pi } 
{b} \cdot \frac{{\cos \left( {\frac{\pi } 
{2}} \right)\cos \left( {\frac{{\pi a}} 
{{2b}}} \right) - \sin \left( {\frac{\pi } 
{2}} \right)\sin \left( {\frac{{\pi a}} 
{{2b}}} \right)}} 
{{\sin \left( {\frac{\pi } 
{2}} \right)\cos \left( {\frac{{\pi a}} 
{{2b}}} \right) + \sin \left( {\frac{{\pi a}} 
{{2b}}} \right)\cos \left( {\frac{\pi } 
{2}} \right)}} =  - \frac{\pi } 
{b} \cdot \frac{{ - \sin \frac{{\pi a}} 
{{2b}}}} 
{{\cos \frac{{\pi a}} 
{{2b}}}} = \frac{\pi } 
{b}\tan \frac{{\pi a}} 
{{2b}} 
}


thepathofresistance
Δημοσιεύσεις: 22
Εγγραφή: Τρί Ιουν 14, 2011 2:56 am

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#213

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από thepathofresistance » Δευ Ιαν 14, 2013 1:04 am

erxmer έγραψε:Nα αποδειχθούν τα ακόλουθα:

43) \boxed{\displaystyle{\int_{0}^{\infty}{\frac{dx}{(x^4+(1+\sqrt{2})x^2+1)(x^{100}-x^{98}+...+1)}=\frac{\pi}{2(1+\sqrt{2})}}}}
το ολοκλήρωμα θα πρέπει να είναι
\displaystyle{ 
I = \int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{dx}} 
{{\left( {x^4  + \left( {1 + \sqrt 2 } \right)x^2  + 1} \right)\left( {x^{100}  - x^{98}  + ... + 1} \right)}}}  = \frac{\pi } 
{{2\sqrt {3 + \sqrt 2 } }} 
}

\displaystyle{ 
I = \int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{dx}} 
{{\left( {x^4  + \left( {1 + \sqrt 2 } \right)x^2  + 1} \right)\left( {x^{100}  - x^{98}  + ... + 1} \right)}}} \underbrace  = _{x = \frac{1} 
{y}}\int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{y^{102} }} 
{{\left( {y^4  + \left( {1 + \sqrt 2 } \right)y^2  + 1} \right)\left( {y^{100}  - y^{98}  + ... + 1} \right)}}dy}  
}

\displaystyle{ 
I = \frac{1} 
{2}\int\limits_0^{ + \infty } {\left( {\frac{1} 
{{\left( {x^4  + \left( {1 + \sqrt 2 } \right)x^2  + 1} \right)\left( {x^{100}  - x^{98}  + ... + 1} \right)}} + \frac{{x^{102} }} 
{{\left( {x^4  + \left( {1 + \sqrt 2 } \right)x^2  + 1} \right)\left( {x^{100}  - x^{98}  + ... + 1} \right)}}} \right)dx}  
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{2}\int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{1 + x^{102} }} 
{{\left( {x^4  + \left( {1 + \sqrt 2 } \right)x^2  + 1} \right)\left( {x^{100}  - x^{98}  + ... + 1} \right)}}dx}  
}

\displaystyle{ 
x^{100}  - x^{98}  + ... + 1 = \frac{{1 + x^{2 \cdot 51} }} 
{{1 + x^2 }} = \frac{{1 + x^{102} }} 
{{1 + x^2 }} 
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{2}\int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{1 + x^2 }} 
{{x^4  + \left( {1 + \sqrt 2 } \right)x^2  + 1}}dx}  = \frac{1} 
{2}\int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{1 + x^2 }} 
{{x^2 \left( {x^2  + \sqrt 2 } \right) + x^2  + 1}}dx}  
}

\displaystyle{ 
\underbrace  = _{x^2  + 1 = u}\frac{1} 
{2}\int\limits_1^{ + \infty } {\frac{u} 
{{\left( {u - 1} \right)\left( {u - 1 + \sqrt 2 } \right) + u}}\frac{{du}} 
{{2\sqrt {u - 1} }}} \underbrace  = _{u - 1 = y}\frac{1} 
{4}\int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{y + 1}} 
{{y\left( {y + \sqrt 2 } \right) + y + 1}}\frac{{du}} 
{{\sqrt y }}}  
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{4}\int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{y + 1}} 
{{y^2  + y\left( {1 + \sqrt 2 } \right) + 1}}\frac{{dy}} 
{{\sqrt y }}}  
}

\displaystyle{ 
\underbrace  = _{y = \tan ^2 \theta }\frac{1} 
{2}\int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\frac{{\tan ^2 \theta  + 1}} 
{{\tan ^4 \theta  + \tan ^2 \theta \left( {1 + \sqrt 2 } \right) + 1}}\frac{{\tan \theta \sec ^2 \theta d\theta }} 
{{\sqrt {\tan ^2 \theta } }}}  
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{2}\int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\frac{{\sec ^4 \theta }} 
{{\sec ^2 \theta  + \tan ^4 \theta \left( {1 + \frac{{\sqrt 2 }} 
{{\tan ^2 \theta }}} \right)}}d\theta }  = \frac{1} 
{2}\int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\frac{{d\theta }} 
{{\cos ^2 \theta  + \sin ^4 \theta  + \sqrt 2 \cos ^2 \theta \sin ^2 \theta }}}  
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{2}\int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\frac{{d\theta }} 
{{1 + \left( {\sqrt 2  - 1} \right)\sin ^2 \theta  + \left( {1 - \sqrt 2 } \right)\sin ^4 \theta }}}  = \frac{1} 
{{2\left( {1 - \sqrt 2 } \right)}}\int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\frac{{d\theta }} 
{{ - \left( {1 + \sqrt 2 } \right) - \sin ^2 \theta \left( {1 - \sin ^2 \theta } \right)}}}  
}

\displaystyle{ 
 = 2\left( {\sqrt 2  + 1} \right)\int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\frac{{d\theta }} 
{{4\left( {\sqrt 2  + 1} \right) + \sin ^2 2\theta }}}  = \frac{1} 
{2}\int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\frac{{d\theta }} 
{{1 + \frac{{\sin ^2 2\theta }} 
{{4\left( {\sqrt 2  + 1} \right)}}}}}  = \frac{1} 
{2}\int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\left( { - 1} \right)^k \left( {\frac{{\sin ^2 2\theta }} 
{{4\left( {\sqrt 2  + 1} \right)}}} \right)^k } } d\theta  
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{2}\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\frac{{\left( { - 1} \right)^k }} 
{{2^{2k} \left( {\sqrt 2  + 1} \right)^k }}} \int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\sin ^{2k} 2\theta d\theta }  = \frac{1} 
{2}\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\frac{{\left( { - 1} \right)^k }} 
{{\left( {\sqrt 2  + 1} \right)^k }}} \int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\sin ^{2k} \theta \cos ^{2k} \theta d\theta }  
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{4}\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\frac{{\left( { - 1} \right)^k }} 
{{\left( {\sqrt 2  + 1} \right)^k }}} 2\int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\sin ^{2\left( {k + \frac{1} 
{2}} \right) - 1} \theta \cos ^{2\left( {k + \frac{1} 
{2}} \right) - 1} \theta d\theta }  = \frac{1} 
{4}\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\frac{{\left( { - 1} \right)^k }} 
{{\left( {\sqrt 2  + 1} \right)^k }}\beta \left( {k + \frac{1} 
{2},k + \frac{1} 
{2}} \right)}  
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{4}\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\frac{{\left( { - 1} \right)^k }} 
{{\left( {\sqrt 2  + 1} \right)^k }}\frac{{\Gamma ^2 \left( {k + \frac{1} 
{2}} \right)}} 
{{\Gamma \left( {2k + 1} \right)}}}  = \frac{1} 
{4}\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\frac{{\left( { - 1} \right)^k }} 
{{\left( {\sqrt 2  + 1} \right)^k }}\frac{{\left( {\frac{{\sqrt \pi  }} 
{{2^{2k - 1} }}\frac{{\Gamma \left( {2k} \right)}} 
{{\Gamma \left( k \right)}}} \right)^2 }} 
{{\Gamma \left( {2k + 1} \right)}}}  
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{4}\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\frac{{\left( { - 1} \right)^k }} 
{{\left( {\sqrt 2  + 1} \right)^k }}\frac{{\Gamma ^2 \left( {k + \frac{1} 
{2}} \right)}} 
{{\Gamma \left( {2k + 1} \right)}}}  = \pi \sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\frac{{\left( { - 1} \right)^k }} 
{{4^{2k} \left( {\sqrt 2  + 1} \right)^k }}\frac{{\Gamma ^2 \left( {2k} \right)}} 
{{\Gamma ^2 \left( k \right)\Gamma \left( {2k + 1} \right)}}}  
}

\displaystyle{ 
 = \frac{\pi } 
{4}\sum\limits_{k = 0}^{ + \infty } {\left( { - \frac{1} 
{{4^2 \left( {\sqrt 2  + 1} \right)}}} \right)^k \frac{{\left( {2k} \right)!}} 
{{\left( {k!} \right)^2 }}}  = \frac{\pi } 
{4}\frac{1} 
{{\sqrt {1 - 4 \cdot  - \frac{1} 
{{16\left( {\sqrt 2  + 1} \right)}}} }} = \frac{\pi } 
{4}\frac{1} 
{{\sqrt {1 + \frac{{\sqrt 2  - 1}} 
{4}} }} = \frac{\pi } 
{2}\frac{1} 
{{\sqrt {3 + \sqrt 2 } }} 
}


thepathofresistance
Δημοσιεύσεις: 22
Εγγραφή: Τρί Ιουν 14, 2011 2:56 am

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#214

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από thepathofresistance » Δευ Ιαν 14, 2013 4:59 am

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:104) Ας υπολογισθεί το \displaystyle{\int_{0}^{\pi/2}\left(\cos x\ln(\cos^2 x)\right)^2\,dx}.
\displaystyle{ 
K = \int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\cos ^2 \theta \ln ^2 \left( {\cos ^2 \theta } \right)d\theta }  
}

\displaystyle{ 
\int\limits_0^{\frac{\pi } 
{2}} {\cos ^2 \theta \ln ^2 \left( {\cos ^2 \theta } \right)d\theta } \underbrace  = _{\cos ^2 \theta  = y}\frac{1} 
{2}\int\limits_0^1 {y\ln ^2 y\frac{{dy}} 
{{\sqrt y \sqrt {1 - y} }}}  = \frac{1} 
{2}\int\limits_0^1 {\sqrt {\frac{y} 
{{1 - y}}} \ln ^2 ydy}  
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{2}\int\limits_0^1 {y^{\frac{1} 
{2}} \left( {1 - y} \right)^{ - \frac{1} 
{2}} \ln ^2 ydy}  = \frac{1} 
{2}\int\limits_0^1 {y^{1 + \frac{1} 
{2} - 1} \left( {1 - y} \right)^{1 - \frac{1} 
{2} - 1} \ln ^2 ydy}  
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{2}\frac{{\partial ^2 \beta \left( {p,q} \right)}} 
{{\partial p^2 }}\left| {_{\left( {\frac{3} 
{2},\frac{1} 
{2}} \right)} } \right. 
}

\displaystyle{ 
\frac{{\partial ^2 \beta \left( {p,q} \right)}} 
{{\partial p^2 }} = \beta \left( {p,q} \right)\left( {\left( {\psi ^{\left( 0 \right)} \left( p \right) - \psi ^{\left( 0 \right)} \left( {p + q} \right)} \right)^2  + \psi ^{\left( 1 \right)} \left( p \right) - \psi ^{\left( 1 \right)} \left( {p + q} \right)} \right) 
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{2}\frac{{\partial ^2 \beta \left( {p,q} \right)}} 
{{\partial p^2 }}\left| {_{\left( {\frac{3} 
{2},\frac{1} 
{2}} \right)} } \right. = \frac{1} 
{2}\beta \left( {\frac{3} 
{2},\frac{1} 
{2}} \right)\left( {\left( {\psi ^{\left( 0 \right)} \left( {\frac{3} 
{2}} \right) - \psi ^{\left( 0 \right)} \left( {\frac{3} 
{2} + \frac{1} 
{2}} \right)} \right)^2  + \psi ^{\left( 1 \right)} \left( {\frac{3} 
{2}} \right) - \psi ^{\left( 1 \right)} \left( {\frac{3} 
{2} + \frac{1} 
{2}} \right)} \right) 
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{2}\frac{{\Gamma \left( {\frac{3} 
{2}} \right)\Gamma \left( {\frac{1} 
{2}} \right)}} 
{{\Gamma \left( {\frac{3} 
{2} + \frac{1} 
{2}} \right)}}\left( {\left( {\psi ^{\left( 0 \right)} \left( {\frac{3} 
{2}} \right) - \psi ^{\left( 0 \right)} \left( {\frac{3} 
{2} + \frac{1} 
{2}} \right)} \right)^2  + \psi ^{\left( 1 \right)} \left( {\frac{3} 
{2}} \right) - \psi ^{\left( 1 \right)} \left( {\frac{3} 
{2} + \frac{1} 
{2}} \right)} \right) 
}

\displaystyle{ 
 = \frac{\pi } 
{4}\left( {\left( {1 - 2\ln 2} \right)^2  + \frac{{\pi ^2 }} 
{3} - 3} \right) 
}
:clap2:


thepathofresistance
Δημοσιεύσεις: 22
Εγγραφή: Τρί Ιουν 14, 2011 2:56 am

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#215

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από thepathofresistance » Δευ Ιαν 14, 2013 10:28 pm

erxmer έγραψε:37) Nα αποδειχθεί οτι \boxed{\displaystyle{\int_{0}^{+\infty}{\frac{cosx^2-cosx}{x}}dx=\frac{\gamma }{2}}}

\gamma = Euler  \  constant
\displaystyle{ 
I\left( n \right) = \int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{\cos \left( {x^2 } \right) - \cos x}} 
{{x^{n + 1} }}dx}  
}

\displaystyle{ 
\cos \left( {x^2 } \right) - \cos x = u \wedge \frac{{dx}} 
{{x^{n + 1} }} = dv 
}

\displaystyle{ 
\left( {\sin x - 2x\sin \left( {x^2 } \right)} \right)dx = du \wedge  - \frac{1} 
{{nx^n }} = v 
}

\displaystyle{ 
I\left( n \right) = \int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{\cos \left( {x^2 } \right) - \cos x}} 
{{x^{n + 1} }}dx}  = \left( { - \frac{{\cos \left( {x^2 } \right) - \cos x}} 
{{nx^n }}} \right)\left| {_0^{ + \infty } } \right. + \frac{1} 
{n}\int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{\sin x - 2x\sin \left( {x^2 } \right)}} 
{{x^n }}dx}  
}

\displaystyle{ 
I\left( n \right) = \frac{1} 
{n}\left( {\int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{\sin x}} 
{{x^n }}dx}  - \int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{\sin \left( {x^2 } \right)}} 
{{x^n }} \cdot 2xdx} } \right) = \frac{1} 
{n}\left( {\int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{\sin x}} 
{{x^n }}dx}  - \int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{\sin y}} 
{{y^{\frac{n} 
{2}} }}dy} } \right) 
}

\displaystyle{ 
 = \frac{\Im } 
{n}\left( {\int\limits_0^{ + \infty } {x^{ - n} e^{ix} dx}  - \int\limits_0^{ + \infty } {y^{ - \frac{n} 
{2}} e^{iy} dy} } \right) = \frac{\Im } 
{n}\left( { - \frac{1} 
{i}\int\limits_0^{ + \infty } {\left( {\frac{x} 
{i}} \right)^{ - n} e^{ - x} dx}  + \frac{1} 
{i}\int\limits_0^{ + \infty } {\left( {\frac{x} 
{i}} \right)^{ - \frac{n} 
{2}} e^{ - x} dx} } \right) 
}

\displaystyle{ 
 = \frac{\Im } 
{n}\left( {i \cdot i^n \int\limits_0^{ + \infty } {x^{1 - n - 1} e^{ - x} dx}  - i \cdot i^{\frac{n} 
{2}} \int\limits_0^{ + \infty } {x^{1 - \frac{n} 
{2} - 1} e^{ - x} dx} } \right) = \frac{\Im } 
{n}\left( {i \cdot i^n \Gamma \left( {1 - n} \right) - i \cdot i^{\frac{n} 
{2}} \Gamma \left( {1 - \frac{n} 
{2}} \right)} \right) 
}

\displaystyle{ 
i^n  = \left( {\cos \frac{\pi } 
{2} + i\sin \frac{\pi } 
{2}} \right)^n  = e^{i\frac{{n\pi }} 
{2}}  = \cos \frac{{n\pi }} 
{2} + i\sin \frac{{n\pi }} 
{2} 
}

\displaystyle{ 
i^{\frac{n} 
{2}}  = \left( {\cos \frac{\pi } 
{2} + i\sin \frac{\pi } 
{2}} \right)^{\frac{n} 
{2}}  = e^{i\frac{{n\pi }} 
{4}}  = \cos \frac{{n\pi }} 
{4} + i\sin \frac{{n\pi }} 
{4} 
}

\displaystyle{ 
 =  - \frac{\Im } 
{n}\left( {i\left( {\cos \frac{{n\pi }} 
{4} + i\sin \frac{{n\pi }} 
{4}} \right)\Gamma \left( {1 - \frac{n} 
{2}} \right) - i\left( {\cos \frac{{n\pi }} 
{2} + i\sin \frac{{n\pi }} 
{2}} \right)\Gamma \left( {1 - n} \right)} \right) 
}

\displaystyle{ 
 =  - \frac{\Im } 
{n}\left( {\sin \frac{{n\pi }} 
{2}\Gamma \left( {1 - n} \right) - \sin \frac{{n\pi }} 
{4}\Gamma \left( {1 - \frac{n} 
{2}} \right) + i\left( {\cos \frac{{n\pi }} 
{4}\Gamma \left( {1 - \frac{n} 
{2}} \right) - \cos \frac{{n\pi }} 
{2}\Gamma \left( {1 - n} \right)} \right)} \right) 
}

\displaystyle{ 
 = \frac{{\cos \frac{{n\pi }} 
{2}\Gamma \left( {1 - n} \right) - \cos \frac{{n\pi }} 
{4}\Gamma \left( {1 - \frac{n} 
{2}} \right)}} 
{n} 
}

\displaystyle{ 
I\left( n \right) = \int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{\cos \left( {x^2 } \right) - \cos x}} 
{{x^{n + 1} }}dx}  = \frac{{\cos \frac{{n\pi }} 
{2}\Gamma \left( {1 - n} \right) - \cos \frac{{n\pi }} 
{4}\Gamma \left( {1 - \frac{n} 
{2}} \right)}} 
{n} 
}

\displaystyle{ 
\int\limits_0^{ + \infty } {\frac{{\cos \left( {x^2 } \right) - \cos x}} 
{x}dx}  = \mathop {\lim }\limits_{n \to 0} \frac{{\cos \frac{{n\pi }} 
{2}\Gamma \left( {1 - n} \right) - \cos \frac{{n\pi }} 
{4}\Gamma \left( {1 - \frac{n} 
{2}} \right)}} 
{n} 
}

\displaystyle{ 
 = \mathop {\lim }\limits_{n \to 0} \left( {\frac{\pi } 
{4}\sin \frac{{n\pi }} 
{4}\Gamma \left( {1 - \frac{n} 
{2}} \right) + \frac{1} 
{2}\cos \frac{{n\pi }} 
{4}\Gamma \left( {1 - \frac{n} 
{2}} \right)\psi \left( {1 - \frac{n} 
{2}} \right) - \frac{\pi } 
{2}\sin \frac{{n\pi }} 
{2}\Gamma \left( {1 - n} \right) - \cos \frac{{n\pi }} 
{2}\Gamma \left( {1 - n} \right)\psi \left( {1 - n} \right)} \right) 
}

\displaystyle{ 
 =  - \Gamma \left( 1 \right)\psi \left( 1 \right) + \frac{1} 
{2}\Gamma \left( 1 \right)\psi \left( 1 \right) 
}

\displaystyle{ 
 =  - \psi \left( 1 \right)\left( {1 - \frac{1} 
{2}} \right) 
}

\displaystyle{ 
 = \frac{1} 
{2}\gamma  
}


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

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#216

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος » Κυρ Φεβ 24, 2013 4:38 pm

108) Και ένα από το μέλος galactus: \displaystyle{\displaystyle \int_{0}^{\frac{\pi}{4}}x\ln^{2}(\sin(x))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

#217

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Σάβ Μαρ 02, 2013 9:45 am

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:107) Ας υπολογισθεί το \displaystyle{\int_{0}^{1}[-\ln x]^2\,dx}, όπου [\,\cdot\,] το ακέραιο μέρος.
Λήμμα Για \displaystyle{\left| x \right| < 1} ισχύει \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {{n^2}{x^n}}  = \frac{{x\left( {1 + x} \right)}}{{{{\left( {1 - x} \right)}^3}}}} . Διότι
\displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {{x^n}}  = \frac{x}{{1 - x}} \Rightarrow \sum\limits_{n = 1}^\infty  {n{x^{n - 1}}}  = \frac{d}{{dx}}\left( {\frac{x}{{1 - x}}} \right) \Rightarrow \sum\limits_{n = 1}^\infty  {n{x^n}}  = \frac{x}{{{{\left( {1 - x} \right)}^2}}} \Rightarrow \sum\limits_{n = 1}^\infty  {{n^2}{x^{n - 1}}}  = \frac{d}{{dx}}\left( {\frac{x}{{{{\left( {1 - x} \right)}^2}}}} \right) \Rightarrow \sum\limits_{n = 1}^\infty  {{n^2}{x^n}}  = \frac{{x\left( {1 + x} \right)}}{{{{\left( {1 - x} \right)}^3}}}}, \displaystyle{(*)}

Επίσης Για \displaystyle{{e^{ - \left( {n + 1} \right)}} < x \leqslant {e^{ - n}} \Rightarrow  - \left( {n + 1} \right) < \ln x \leqslant  - n \Rightarrow n \leqslant  - \ln x < \left( {n + 1} \right) \Rightarrow \left\lfloor { - \ln x} \right\rfloor  = n} , \displaystyle{(**)}. Τότε

\displaystyle{\begin{gathered} 
  \int\limits_0^1 {{{\left\lfloor { - \ln x} \right\rfloor }^2}dx}  = \sum\limits_{n = 0}^\infty  {\left( {\;\int\limits_{{e^{ - \left( {n + 1} \right)}}}^{{e^{ - n}}} {{{\left\lfloor { - \ln x} \right\rfloor }^2}dx} } \right)}  = \mathop  = \limits^{\left( * \right)}  = \sum\limits_{n = 0}^\infty  {\left( {\;\int\limits_{{e^{ - \left( {n + 1} \right)}}}^{{e^{ - n}}} {{n^2}dx} } \right)}  = \sum\limits_{n = 0}^\infty  {{n^2}\left( {{e^{ - n}} - {e^{ - \left( {n + 1} \right)}}} \right)}  = \sum\limits_{n = 0}^\infty  {{n^2}{e^{ - n}}\left( {1 - \frac{1}{e}} \right)}  =  \hfill \\ 
  \frac{{e - 1}}{e}\sum\limits_{n = 0}^\infty  {{n^2}{e^{ - n}}}  = \mathop  = \limits^{\left( {**} \right)}  = \frac{{e - 1}}{e} \cdot \frac{{\frac{1}{e}\left( {1 + \frac{1}{e}} \right)}}{{{{\left( {1 - \frac{1}{e}} \right)}^3}}} \Rightarrow \boxed{\int\limits_0^1 {{{\left\lfloor { - \ln x} \right\rfloor }^2}dx}  = \frac{{\left( {1 + e} \right)}}{{{{\left( {e - 1} \right)}^2}}}} \hfill \\  
\end{gathered} }








Σεραφείμ Τσιπέλης
thepathofresistance
Δημοσιεύσεις: 22
Εγγραφή: Τρί Ιουν 14, 2011 2:56 am

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#218

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από thepathofresistance » Δευ Απρ 08, 2013 2:51 am

\displaystyle\int\limits_0^{\frac{\pi }{2}} {\erf( {\alpha \cos \theta } )\,\erf( {\alpha \sin \theta })\,\sin 2\theta \,d\theta }\,, \quad\alpha  \in \mathbb{R}\,.

:D


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

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#219

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Δευ Σεπ 16, 2013 8:23 pm

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:Mε μεθόδους πραγματικής ανάλυσης αν είναι δυνατόν. :yes3: :yes3: :yes3:
Από εδώ viewtopic.php?f=9&t=27979 θα χρησιμοποιηθούν: το λήμμα 6, δηλαδή \displaystyle{\left[ {L6} \right]:\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{{{n^3}}}}  = \frac{{{\pi ^4}}}{{72}}} , το λήμμα 1, δηλαδή \displaystyle{ - \frac{{\log \left( {1 - x} \right)}}{{1 - x}} = \sum\limits_{n = 1}^\infty  {{H_n}{x^n}} }

και το τελικό αποτέλεσμα, δηλαδή ότι \displaystyle{64\int\limits_0^{\pi /2} {{x^2}{{\log }^2}\left( {2\cos x} \right)dx}  = \frac{{22{\pi ^5}}}{{45}} \Rightarrow \int\limits_0^{\pi /2} {{x^2}{{\log }^2}\left( {2\cos x} \right)dx}  = \frac{{11{\pi ^5}}}{{1440}}\;\;\left[ * \right]} ,

καθώς και ότι \displaystyle{\left[ {L1} \right]:\int\limits_0^1 {{x^n}{{\log }^2}x\,dx}  = \frac{2}{{{{\left( {n + 1} \right)}^3}}}} και \displaystyle{\left[ {L2} \right]:\int\limits_0^1 {{x^n}{{\log }^3}x\,dx}  = \frac{{ - 6}}{{{{\left( {n + 1} \right)}^4}}}} (απλές παραγοντικές ολοκληρώσεις).

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:105) Δείξτε ότι \displaystyle{\int_{0}^{\pi/2}x^2\ln^2(2\cos x)\,dx=\frac{1}{5}\left(\frac{\pi}{2}\right)^5+\pi\int_{0}^{+\infty}y\ln^2(1-e^{-2y})\,dy=\frac{11\pi^5}{1440}}
\displaystyle{\int\limits_0^\infty  {y{{\log }^2}\left( {1 - {e^{ - 2y}}} \right)dy}  = \mathop {\mathop  = \limits_{y =  - \log x} }\limits^{{e^{ - y}} = x}  =  - \int\limits_0^1 {\frac{{\log x}}{x}{{\log }^2}\left( {1 - {x^2}} \right)dx}  = \mathop  = \limits^{x = \sqrt y }  =  - \frac{1}{4}\int\limits_0^1 {\frac{{\log y}}{y}{{\log }^2}\left( {1 - y} \right)dy}  = \mathop  = \limits^{y = 1 - x}  = }

\displaystyle{ =  - \frac{1}{4}\int\limits_0^1 {\frac{{\log \left( {1 - x} \right)}}{{1 - x}}{{\log }^2}x\,dx}  = \frac{1}{4}\int\limits_0^1 {{{\log }^2}x\sum\limits_{n = 1}^\infty  {{H_n}{x^n}} \,dx}  = \frac{1}{4}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {{H_n}\int\limits_0^1 {{x^n}{{\log }^2}x\,dx} }  = \mathop  = \limits^{\left[ {L1} \right]}  = \frac{1}{2}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{{{{\left( {n + 1} \right)}^3}}}}  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{2}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_{n + 1}} - 1/\left( {n + 1} \right)}}{{{{\left( {n + 1} \right)}^3}}}}  = \frac{1}{2}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_{n + 1}}}}{{{{\left( {n + 1} \right)}^3}}}}  - \frac{1}{2}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{{{\left( {n + 1} \right)}^4}}}}  = \mathop  = \limits^{\left[ {L6} \right]}  = \frac{1}{2}\left( {\frac{{{\pi ^4}}}{{72}} - \frac{{{\pi ^4}}}{{90}}} \right) = \frac{{{\pi ^4}}}{{720}}}

Τότε \displaystyle{\frac{1}{5}{\left( {\frac{\pi }{2}} \right)^5} + \pi \int\limits_0^{ + \infty } {y{{\log }^2}(1 - {e^{ - 2y}}){\kern 1pt} dy}  = \frac{{{\pi ^5}}}{{160}} + \frac{{{\pi ^5}}}{{720}} = \frac{{11{\pi ^5}}}{{1440}} = \mathop  = \limits^{\left[ * \right]}  = \int\limits_0^{\pi /2} {{x^2}{{\log }^2}\left( {2\cos x} \right){\kern 1pt} dx} }

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:106) \displaystyle{\int_{0}^{\pi/2}x^2\ln^2(2\cos x)\,dx=\frac{\pi^5}{160}-\frac{\pi}{24}\int_{0}^{+\infty}\ln^3(1-e^{-2y})\,dy}
\displaystyle{\int\limits_0^\infty  {{{\log }^3}\left( {1 - {e^{ - 2y}}} \right)dy}  = \mathop  = \limits^{{e^{ - 2y}} = x}  = \frac{1}{2}\int\limits_0^1 {\frac{{{{\log }^3}\left( {1 - x} \right)}}{x}dx}  = \mathop  = \limits^{x \to 1 - x}  = \frac{1}{2}\int\limits_0^1 {\frac{{{{\log }^3}x}}{{1 - x}}dx}  = \frac{1}{2}\int\limits_0^1 {{{\log }^3}x\sum\limits_{n = 0}^\infty  {{x^n}} dx}  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{2}\sum\limits_{n = 0}^\infty  {\int\limits_0^1 {{x^n}{{\log }^3}x\,dx} }  = \mathop  = \limits^{\left[ {L2} \right]}  =  - 3\sum\limits_{n = 0}^\infty  {\frac{1}{{{{\left( {n + 1} \right)}^4}}}}  =  - \frac{{{\pi ^4}}}{{30}}}

Τότε \displaystyle{\frac{{{\pi ^5}}}{{160}} - \frac{\pi }{{24}}\int\limits_0^{ + \infty } {{{\log }^3}\left( {1 - {e^{ - 2y}}} \right)dy}  = \frac{{{\pi ^5}}}{{160}} + \frac{{{\pi ^5}}}{{720}} = \frac{{11{\pi ^5}}}{{1440}} = \mathop  = \limits^{\left[ * \right]}  = \int\limits_0^{\pi /2} {{x^2}{{\log }^2}\left( {2\cos x} \right){\kern 1pt} dx} }

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:


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

Re: Γενικευμένα Ολοκληρώματα

#220

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ » Τρί Οκτ 29, 2013 12:47 am

Κοτρώνης Αναστάσιος έγραψε:Και το γουρλίδικο το κατοστάρι, (όσο σάπιο γίνεται) αφιερωμένο στο φίλο μου το Σεραφείμ που με παίζει. :mathexmastree:

\displaystyle{100)} Αν a\in[-1,1), δείξτε ότι \displaystyle{\int_{0}^{1}\frac{(a-t)\ln(1-t)}{1-2at+t^2}\,dt=\frac{\pi^2}{12}-\frac{(\arccos a-\pi)^2}{8}-\frac{1}{8}\ln^2(2-2a)}.
Omran Kouba, Syria. (...Βάστα φίλε...)
:) :) Μετά από ενάμιση χρόνο .. καλά είναι ..

\displaystyle{\int\limits_0^1 {\frac{{\left( {a - t} \right)\log \left( {1 - t} \right)}}{{1 - 2at + {t^2}}}dt = }  - \int\limits_0^1 {\frac{{\left( {t - a} \right)\log \left( {1 - t} \right)}}{{{{\left( {t - a} \right)}^2} + 1 - {a^2}}}dt}  = \mathop {\mathop  = \limits_{\big{{z_2} = a - i\sqrt {1 - {a^2}} }} }\limits^{\big{{z_1} = a + i\sqrt {1 - {a^2}}} }  =  - \int\limits_0^1 {\frac{{\left( {t - a} \right)\log \left( {1 - t} \right)}}{{\left( {t - {z_1}} \right)\left( {t - {z_2}} \right)}}dt}  = }

\displaystyle{ =  - \frac{1}{2}\int\limits_0^1 {\log \left( {1 - t} \right)\left( {\frac{1}{{t - {z_1}}} + \frac{1}{{t - {z_2}}}} \right)dt}  = \frac{1}{2}\int\limits_0^1 {\log \left( {1 - t} \right)\left( {\frac{1}{{{z_1}}}\sum\limits_{n = 0}^\infty  {\frac{{{t^n}}}{{z_1^n}}}  + \frac{1}{{{z_2}}}\sum\limits_{n = 0}^\infty  {\frac{{{t^n}}}{{z_2^n}}} } \right)dt}  = \frac{1}{{2{z_1}}}\sum\limits_{n = 0}^\infty  {\frac{1}{{z_1^n}}\int\limits_0^1 {\log \left( {1 - t} \right){t^n}dt} }  + }

\displaystyle{ + \frac{1}{{2{z_2}}}\sum\limits_{n = 0}^\infty  {\frac{1}{{z_2^n}}\int\limits_0^1 {\log \left( {1 - t} \right){t^n}dt} }  =  - \frac{1}{2}\sum\limits_{n = 0}^\infty  {\frac{{{H_{n + 1}}}}{{n + 1}}\frac{1}{{z_1^{n + 1}}}}  - \frac{1}{2}\sum\limits_{n = 0}^\infty  {\frac{{{H_{n + 1}}}}{{n + 1}}\frac{1}{{z_2^{n + 1}}}}  =  - \frac{1}{2}\left( {\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{n}\frac{1}{{z_1^n}}}  + \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{n}\frac{1}{{z_2^n}}} } \right) = }

\displaystyle{ =  - \frac{1}{2}\left( {\frac{1}{2}{{\log }^2}\left( {1 - {z_1}} \right) + L{i_2}\left( {{z_1}} \right) + \frac{1}{2}{{\log }^2}\left( {1 - {z_2}} \right) + L{i_2}\left( {{z_2}} \right)} \right) =  - \frac{1}{4}\left( {{{\log }^2}\left( {1 - {z_1}} \right) + {{\log }^2}\left( {1 - {z_2}} \right)} \right) - }

\displaystyle{ - \frac{1}{2}\left( {L{i_2}\left( {{z_1}} \right) + L{i_2}\left( {\frac{1}{{{z_1}}}} \right)} \right) =  - \frac{1}{4}\left( {{{\log }^2}\left( {1 - a - i\sqrt {1 - {a^2}} } \right) + {{\log }^2}\left( {1 - a + i\sqrt {1 - {a^2}} } \right)} \right) - \frac{1}{2}\left( { - \frac{{{\pi ^2}}}{6} - \frac{1}{2}{{\log }^2}\left( { - {z_1}} \right)} \right) = }

\displaystyle{ =  - \frac{1}{4}\left( {{{\log }^2}\left( {\sqrt {2 - 2a}  \cdot {e^{\big{ - i \cdot \arctan \sqrt {\frac{{1 + a}}{{1 - a}}}} }}} \right) + {{\log }^2}\left( {\sqrt {2 - 2a}  \cdot {e^{\big{i \cdot \arctan \sqrt {\frac{{1 + a}}{{1 - a}}} }}} \right)} \right) + \frac{1}{2}\left( {\frac{{{\pi ^2}}}{6} + \frac{1}{2}{{\log }^2}\left( { - a - i\sqrt {1 - {a^2}} } \right)} \right) = }

\displaystyle{ =  - \frac{1}{4}\left( {{{\left( {\log \sqrt {2 - 2a}  - i \cdot \arctan \sqrt {\frac{{1 + a}}{{1 - a}}}} } \right)}^2} + {{\left( {\log \sqrt {2 - 2a}  - i \cdot \arctan \sqrt {\frac{{1 + a}}{{1 - a}}} } \right)}^2}} \right) + \frac{{{\pi ^2}}}{{12}} + \frac{1}{4}{\log ^2}{e^{\big{i\left( {\arctan \frac{{\sqrt {1 - {a^2}} }}{a} - \pi }} \right)}} = }

\displaystyle{ = \frac{{{\pi ^2}}}{{12}} - \frac{1}{4}\left( {2{{\log }^2}\sqrt {2 - 2a}  - 2{{\arctan }^2}\sqrt {\frac{{1 + a}}{{1 - a}}} } \right) - \frac{1}{4}{\left( {\arctan \frac{{\sqrt {1 - {a^2}} }}{a} - \pi } \right)^2} = }

\displaystyle{ = \frac{{{\pi ^2}}}{{12}} - \frac{1}{8}{\log ^2}\left( {2 - 2a} \right) + \frac{1}{2}{\arctan ^2}\sqrt {\frac{{1 + a}}{{1 - a}}}  - \frac{1}{4}{\left( {\arctan \frac{{\sqrt {1 - {a^2}} }}{a} - \pi } \right)^2}}

Όμως \displaystyle{\arctan \sqrt {\frac{{1 + a}}{{1 - a}}}  = \frac{{\pi  - \arccos a}}{2}} και \displaystyle{\arctan \frac{{\sqrt {1 - {a^2}} }}{a} = \arccos a} (προκύπτουν στοιχειωδώς). Οπότε

\displaystyle{\int\limits_0^1 {\frac{{\left( {a - t} \right)\log \left( {1 - t} \right)}}{{1 - 2at + {t^2}}}dt = } \frac{{{\pi ^2}}}{{12}} - \frac{1}{8}{\log ^2}\left( {2 - 2a} \right) + \frac{1}{2}{\arctan ^2}\sqrt {\frac{{1 + a}}{{1 - a}}}  - \frac{1}{4}{\left( {\arctan \frac{{\sqrt {1 - {a^2}} }}{a} - \pi } \right)^2} = }

\displaystyle{ = \frac{{{\pi ^2}}}{{12}} - \frac{1}{8}{\log ^2}\left( {2 - 2a} \right) + \frac{1}{8}{\left( {\pi  - \arccos a} \right)^2} - \frac{1}{4}{\left( {\pi  - \arccos a} \right)^2} = \frac{{{\pi ^2}}}{{12}} - \frac{{{{\log }^2}\left( {2 - 2a} \right)}}{8} - \frac{{{{\left( {\pi  - \arccos a} \right)}^2}}}{8}} :clap2: :clap2:

Σχόλιο 1 : Χρησιμοποιήθηκε το Λήμμα \displaystyle{2} από εδώ viewtopic.php?f=9&t=27979 με κάποια επεξεργασία και η ιδιότητα \displaystyle{1} των διλογαριθμικών συναρτήσεων από εδώ viewtopic.php?f=9&t=12954&hilit=otto (μάλλον θα επανέλθω για διευκρινήσεις).

Σχόλιο 2 : Πράγματι .. όσο σάπιο γίνεται ..


Σεραφείμ Τσιπέλης
Απάντηση

Επιστροφή σε “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 0 επισκέπτες