9

積分メモ

735
0

0π41tanxtanx(π4x)dx=πln222

0π2xlntanxtanxdx=π82(16β(2)π22πln2)

0π2sinh1sinxdx=πln22

0π3x(2cosx)cosx2cosx1dx=32ζ(2)

tips
先ず,次の等式が成り立つ。

01(1x)nx1x2dx=22n2n(2nn)2nn<m2m2m(2mm)


両辺に1n(2nn)を掛けてnで和をとり,右辺第1項を積分で表し,第2項は級数として計算する。

011x2x(1+x2)tanh1xtanh11x2dx=32ζ(2)ln41+2

01sin1x22(1+x2)2+x2dx=ζ(2)24

011x(1+x)(1+x+x2)ln1xln(1+x)dx=ζ(3)18

01(1x)(2+x)(1+2x)x(1+x)(1+x+x2)ln1xln(1+x)21+x+x2dx=ζ(3)

01(1x)(2+x)(1+2x)x(1+x)(1+x+x2)ln1xln2(1+x)21+x+x2dx=ζ(4)9

tips
先ず,次の等式が成り立つ。

ζ(4)=2R(4)+2R(1,3)+3R(1,1,2)


ただし,R(k1,,kr)=0<n1<<nrn1k1nrkr(2nrnr)1

R(4)=1736ζ(4)R(1,3)=2011xln211x24ln1+1x2xdxR(1,1,2)=1201x1x24ln211x24ln1+1x2xdx


を代入し,x=2t1+t2と置換する。

01(1x2)ln1xx(1+x+x2)(3Li2(x)+2Li2(x)+2ln2(1+x))dx=ζ(4)

01(1x2)tanh11x2(12xcost+x2)(1+2xcost+x2)dx=π2cos1sintcost(0t<π2)

01x1+α(1x)1+β(1+ax1ax+1+bx1bx)2F1[1,αα+β;abx]dx=Γ(α)Γ(β)Γ(α+β)2F1[1,αα+β;a]2F1[1,αα+β;b]

01(sin1abx)2x(1+a2x21a2x2+1+b2x21b2x2)ln1+1x2xdx=(sin1a)2(sin1b)2

0π2(xsinx1)1tanx2ln1cosxdx=201x1x2ln21+xdx=π28+πln222β(2)

α+β+γ=1,ω=(μ1μ)γに対して

01xα(1x)β(1μx)γdx=Γ(1α)Γ(1β)Γ(γ)01x1+γ(1μx)1+αdx=Γ(1α)Γ(1β)Γ(1+γ)μγ0ω(1+x1γ)1+βdx

012dxx+x4=01dx1x3

tips
x=1t2+t と置換する。

0zdx1+x6=123402tan13z21+z2dx12+34sin2x

tips
120z2dxx(1+x3)


においてx1+x=tan2t3と置換する。

0131dx1+x6=Γ(13)Γ(16)8Γ(12)

π21335tan112x21+x2dx1235tan112x21+x2tan1(1+x2)2x21x(35x2)dx=π3280

tips
010101dxdydz(1+x2)(1+y2)(1+z2)4+x2+y2+z2=2π0101011(1+x2)(1+y2)(1+z2)0et2(4+x2+y2+z2)dtdxdydz=2π0e4t2(01et2x21+x2dx)3dt=2π0e4t2(π4et2(1erf(t)2))3dt=π332π0et2(1erf(t)2)3dt=π332π8π35=π3140


また,

010101dxdydz(1+x2)(1+y2)(1+z2)4+x2+y2+z2=0101tan13+x2+y25+x2+y2(1+x2)(1+y2)3+x2+y2dxdy=140101tan13+x+y5+x+y(1+x)(1+y)xy3+x+ydxdy=0120ptan13+2p5+2p((1+p)2q2)p2q23+2pdqdp+12101ptan13+2p5+2p((1+p)2q2)p2q23+2pdqdp=π2012tan13+2p5+2p(1+p)1+2p3+2pdp+121tan1(1p1+p2p+12p1)tan13+2p5+2p(1+p)1+2p3+2pdp=π201tan13+2p5+2p(1+p)1+2p3+2pdpπ2121tan13+2p5+2p(1+p)1+2p3+2pdp+121tan1(1p1+p2p+12p1)tan13+2p5+2p(1+p)1+2p3+2pdp=π201tan13+2p5+2p(1+p)1+2p3+2pdp121tan1(1+p1p2p12p+1)tan13+2p5+2p(1+p)1+2p3+2pdp


12x2=3+2p5+2pと置換する。

010101dxdydz(2+x2+y2+z2)2+1201tan113+x2(1+x2)(2+x2)3+x2dx=π82tan112

tips
010101dxdydz(2+x2+y2+z2)2=20101010t3et2(2+x2+y2+z2)dtdxdydz=20e2t2(t01et2x2dx)3dt=2(π2)30e2t2erf(t)3dt=(π2)40tet2erf(t)4dt=π2160tet2(14π01et2(1+x2)1+x2dx)2dt=π2160tet2dtπ20t01et2(2+x2)1+x2dxdt+0t0101et2(3+x2+y2)(1+x2)(1+y2)dxdydt=π232π401dx(1+x2)(2+x2)+120101dxdy(1+x2)(1+y2)(3+x2+y2)=π232π401dx(1+x2)(2+x2)+12011(1+x2)(2+x2)(π4tan113+x23+x2)dx=π232π801dx(1+x2)(2+x2)1201tan113+x2(1+x2)(2+x2)3+x2dx=π232π8(π412tan112)1201tan113+x2(1+x2)(2+x2)3+x2dx=π82tan1121201tan113+x2(1+x2)(2+x2)3+x2dx

a0, R>0に対して

0101dx1dx2m1(R+1+x12++x2m12)m+a=Γ(1+a)mΓ(m+a)k=1m(1)k1(mk)(π4)mk0101(1RR+k+x12++xk2)dx1dxk(1+x12)(1+xk2)(R+k+x12++xk2)a

tips
Γ(m+a)20101dx1dx2m1(R+1+x12++x2m12)m+a=01010t2a+2m1et2(R+1+x12++x2m12)dtdx1dx2m1=0t2a+2m1et2(R+1)(01et2x2dx)2m1dt=0t2a+2m1et2(R+1)(π2terf(t))2m1dt=(π2)2m10t2aet2(R+1)erf(t)2m1dt=1m(π2)2m0(Rt2a)t2a1eRt2erf(t)2mdt=1m(π4)m0(Rt2a)t2a1eRt2(14π01et2(1+x2)1+x2dx)mdt=1m(π4)mk=0m(1)k(mk)(4π)k0(Rt2a)t2a1eRt2(01et2(1+x2)1+x2dx)kdt=1mk=0m(1)k(mk)(π4)mk0(Rt2a)t2a1eRt2(0101et2(k+x12++xk2)(1+x12)(1+xk2)dx1dxk)dt=1mk=0m(1)k(mk)(π4)mk01010(Rt2a)t2a1et2(R+k+x12++xk2)dtdx1dxk(1+x12)(1+xk2)=Γ(1+a)2mk=0m(1)k(mk)(π4)mk0101(RR+k+x12++xk21)dx1dxk(1+x12)(1+xk2)(R+k+x12++xk2)a=Γ(1+a)2mk=1m(1)k1(mk)(π4)mk0101(1RR+k+x12++xk2)dx1dxk(1+x12)(1+xk2)(R+k+x12++xk2)a


結果的には実数の範囲ではaN, R>1で成り立つか。

01(11+x2+12+x2)tan113+x23+x2dx=πtan11242

tips
0e2t2erf(t)(1erf(t)2)dt


について,➀カッコを分解してそれぞれ部分積分した後式Aを用いる。➁直接式Aを用いる。➀=➁

01ex2(1+t2)1+t2dt=π4(1erf(x)2)A

062162+1ln1x(1x)12(15+83)x+x2dx=2(23)3β(2)

tips
32(23)062162+1ln1x(1x)12(15+83)x+x2dx=3(1+3)20π24tan2θln1tanθcos4θ32dθ=3(1+3)4321ln1x21+x(1+x)x32dx=3(1+3)8012(132)tanh11x(1x)1322xdx=3(1+3)401+32tanh112((1+32)2+x2)(1+32)2+x2dx=3201+31+3tanh1(1+3)1+x2221+x2dx=320π12tanh1cosπ12cosθdθ=π801tanh1cosπ12cosπv12dv


f(t)=tanh1costcostvとすれば,f(t)=12(1+vsin(1+v)t+1vsin(1v)t)となるので

01f(t)dv=1201(1+vsin(1+v)t+1vsin(1v)t)dv=1202vsintvdv


また,f(π2)=0なので

π801tanh1cosπ12cosπv12dv=π16π12π202vsintvdvdt=π1602π12π2vsintvdtdv=π1602lntanπv4tanπv24dv=π801lntanπv2tanπv12dv=π8n=022n+101(cos(2n+1)πv6cos(2n+1)πv)dv=32n=0sin(2n+1)π6(2n+1)2=β(2)

投稿日:2023330
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