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。
∫0π2lnsinxcosxdx=ϖ2(log2−π2)
ϖはレムニスケート周率ϖ=2∫0111−x4dxです。
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。
∂∂nB(n,m)=B(n,m)(ψ(n)−ψ(n+m))
ψ(y)−ψ(x)=∫01tx−1−ty−11−tdt
B(n,m)=∫01xn−1(1−x)m−1dx=2∫0π2sin2n−1xcos2m−1xdxより∂∂nB(n,m)=2∫0π2∂∂nsin2n−1xcos2m−1xdx=4∫0π2sin2n−1xcos2m−1xln(sinx)dx公式1公式2と合わせて∫0π2sin2n−1xcos2m−1xln(sinx)dx=14B(n,m)(ψ(n)−ψ(n+m))=14B(n,m)∫01tn+m−1−tn−11−tdt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)∫01t−14−t−121−tdt=14∫01x−12(1−x)−34dx⋅4∫01y2−y1−y4dy(y=t14)=14⋅4∫0111−u4du⋅2∫01−2y(y+1)(y2+1)dy(u=(1−x)14)=ϖ2⋅2∫011y+1−y+1y2+1dy=ϖ2(2∫01dyy+1−2∫01yy2+1dy−2∫011y2+1dy)=ϖ2(2log2−log2−π2)=ϖ2(log2−π2)
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