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AIが出力した積分を解く

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AIが出力した積分

Chat-GPTに「難しい定積分の問題作って」と入力して出てきた 問題 を解いたときのメモです。

問題

0π2lnsinxcosxdx=ϖ2(log2π2)

ϖはレムニスケート周率ϖ=20111x4dxです。

下準備

積分を解くのにベータ関数の偏微分やらディガンマ関数の差の積分表示やらを使うので置いときます。

ベータ関数の偏微分

nB(n,m)=B(n,m)(ψ(n)ψ(n+m))

ディガンマ関数の差の積分表示

ψ(y)ψ(x)=01tx1ty11tdt

解く

B(n,m)=01xn1(1x)m1dx=20π2sin2n1xcos2m1xdx
より
nB(n,m)=20π2nsin2n1xcos2m1xdx=40π2sin2n1xcos2m1xln(sinx)dx
公式1公式2と合わせて
0π2sin2n1xcos2m1xln(sinx)dx=14B(n,m)(ψ(n)ψ(n+m))=14B(n,m)01tn+m1tn11tdt
これにn=12,m=14を代入すれば求めたい積分を得られる
0π2lnsinxcosxdx=14B(12,14)01t14t121tdt=1401x12(1x)34dx401y2y1y4dy(y=t14)=1440111u4du2012y(y+1)(y2+1)dy(u=(1x)14)=ϖ22011y+1y+1y2+1dy=ϖ2(201dyy+1201yy2+1dy2011y2+1dy)=ϖ2(2log2log2π2)=ϖ2(log2π2)

投稿日:202393
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