5

積分botの問題を解いてみた3

174
0

問題#7

0xα1+2xcosπβ+x2dx=πsinπαβsinπαsinπβ

留数定理でも解けますが違う方法で解いてみます。

0xα1+2xcosπβ+x2dx
=0xα(x+cosπβ)2+sin2πβdx=Imsinπβ0xα0et(x+eiπβ)dtdx=Imsinπβ0eteiπβ0xαetxdxdt=ImΓ(α+1)sinπβ0tα1eteiπβdt=ImΓ(1+α)Γ(α)sinπβeiπαβ=πsinπαβsinπαsinπβ

問題8

eabcoshx+iacsinhxx/2dx=2πab2+c2eab2+c2i2arctancb

見た目すごいですね。
最初は何も思いつかなくても
手を動かしてみれば解けました。

eabcoshx+iacsinhxx/2dx
=eab2+c2(bb2+c2coshxicb2+c2sinhx)x/2dx
cosθ=bb2+c2,sinθ=cb2+c2
=eab2+c2(cosθcosix+sinθsinix)x/2dx=eab2+c2cos(ixθ)x/2dx=iθiθeab2+c2coshx(x+iθ)/2dx=eiθ/2eab2+c2coshxx/2dx=2eiθ/20eab2+c2coshxcoshx2dx=2eiθ/2eab2+c20eab2+c2tdtt(coshx1=t)=2πab2+c2eab2+c2i2arccosbb2+c2=2πab2+c2eab2+c2i2arctancb

問題9

0eβα2+x2α2+x2αα2+x2sinγxdx=π2γeαβ2+γ2β2+γ2β+β2+γ2

これはちょっと進めれば問題8に帰着できるのですぐに解けます。

0eβα2+x2α2+x2αα2+x2sinγxdx
=α0eαβcoshxsin(αγsinhx)coshx1dx (x=αsinhx)=2α0eαβcoshxsin(αγsinhx)sinhx2dx=α2eαβcoshxx/2sin(αγsinhx)dx=α2Imeαβcoshx+iαβsinhxx/2dx=πβ2+γ2eαβ2+γ2sinarctanβγ2=π2eαβ2+γ2β2+γ2ββ2+γ2

最後の式は元々の解を有理化したものですね。

問題10

arctanextanhx2xcoshxdx=π2ln2

最近は変数付きの問題しか解いてなかったのでたまには変数のない積分を解いてみますかね。

arctanextanhx2xcoshxdx
=01exxarctanex+arctanexcoshx(1+ex)dx=π001eux(1+ex)(1+e2x)exdudx=π0101vu(1+v)(1+v2)dvdu
=π20101vu(11+v+1v1+v2)dvdu=π20101vun0(1)nvn+(1)n(1v)v2ndvdu=π201n0(1)n)n+u+1+(1)n2n+u+1(1)n2n+u+2du=π2n0(2n+2)2(2n+1)(2n+3)+π801ψ(u+14)+ψ(u+24)+ψ(u+34)ψ(u+44)du=π2lnπ2π2lnπ4=π2ln2

途中にあるプサイはディガンマ関数です。

投稿日:2023819
更新日:2024113
OptHub AI Competition

この記事を高評価した人

高評価したユーザはいません

この記事に送られたバッジ

バッジはありません。
バッチを贈って投稿者を応援しよう

バッチを贈ると投稿者に現金やAmazonのギフトカードが還元されます。

投稿者

KBHM
KBHM
139
10919
怠惰

コメント

他の人のコメント

コメントはありません。
読み込み中...
読み込み中
  1. 問題#7
  2. 問題8
  3. 問題9
  4. 問題10