به محفل ریاضی ایرانیان خوش آمدید! لطفا برای استفاده از تمامی امکانات عضو شوید
–1 امتیاز
159 بازدید
در دانشگاه توسط mansour (769 امتیاز)

نشان دهید: $$ \int _0^ \infty \int _0^ \infty \frac{Arccos( \frac{1- x^{2} }{1+ x^{3} } )+Arccos( \frac{1- y^{2} }{1+y^{3} } )}{(1+ x^{2} )(1+ y^{2} )( x^{2} + y^{2} )} dxdy= \pi C- \frac{ \pi ^{3} }{8} + \frac{3 \pi ^{2} }{4}ln(2) $$ C ثابت" کاتالان"

توسط mansour (769 امتیاز)
ویرایش شده توسط mansour
–1
$$I= \int _0^ \infty  \int _0^ \infty (Arccos ( \frac{1- x^{2} }{1+ x^{3} } )+Arccos ( \frac{1- y^{2} }{1+ y^{3} } ) \frac{1}{(1+ x^{2} )(1+ y^{2} )( x^{2} + y^{2} )} dxdy=2 \int _0^ \infty  \int _0^ \infty  \frac{Arccos( \frac{1- x^{2} }{1+ y^{2} } )}{(1+ x^{2} )(1+ y^{2} )( x^{2} + y^{2} )} dxdy= \frac{1}{2}  \int _0^ \infty  \int _0^ \infty  \frac{Arccos( \frac{1-x}{1-y} )}{ \sqrt{xy} (1+x)(1+y)(x+y)}dxdy= \frac{1}{2}  \int _0^ \infty  \frac{Arccos( \frac{1-x}{1+x} )}{ \sqrt{x} (1+x)} \underbrace{ \int _0^ \infty  \frac{dy}{ \sqrt{y} (1+y)(x+y)}dx= I_{2}  }  \Longrightarrow  I_{2}=  \int _0^ \infty  \frac{ y^{ -\frac{1}{2} } }{(1+y)(x+y)}= \frac{1}{1-x}  \int _0^ \infty  y^{ -\frac{1}{2} } ( \frac{1}{x+y} - \frac{1}{y+1} )dy= \frac{1}{1-x} ( \frac{1}{x} \int _0^ \infty  \frac{ y^{ -\frac{1}{2} } }{1+ \frac{y}{x} } dy- \beta ( \frac{1}{2} , \frac{1}{2} ) )= \frac{1}{1-x} ( \frac{1}{ \sqrt{x} }  \int _0^ \infty  \frac{ y^{ -\frac{1}{2} } }{1+y} dy- \pi )= \frac{ \pi }{1-x} ( \frac{1}{ \sqrt{x} } -1)= \frac{ \pi (1- \sqrt{x} )}{b} = \frac{ \pi }{(1+x) \sqrt{x} }$$$$I= \frac{ \pi }{2} \int _0^ \infty  \frac{Arccos( \frac{1-x}{1+x} )}{x(1+x)(1+ \sqrt{x} )} dx \Longrightarrow u=Arccos ( \frac{1-x}{1+x} ) \wedge du= \frac{dx}{ \sqrt{x} (1+x)}  \wedge dv= \frac{dx}{x(1+x)(1+ \sqrt{x} )}  \wedge v=-Arctan ( \sqrt{x} )-ln(1+ \sqrt{x} )+lnx- \frac{1}{2}ln(x+1) \Longrightarrow  \frac{ \pi }{2} [(uv | _0^ \infty - \int _0^ \infty  \frac{-Arctan( \sqrt{x})-ln(1+ \sqrt{x} ) +lnx- \frac{1}{2} ln(x+1)}{ \sqrt{x}(1+x) } dx]=- \frac{  \pi ^{3}}{4} + \frac{ \pi }{2}  \int _0^ \infty  \frac{Arctan( \sqrt{x} )+ln(1+ \sqrt{x} )-lnx+ \frac{1}{2} ln(x+1)}{ \sqrt{x}(1+x) } =- \frac{  \pi ^{3} }{4} + \frac{ \pi }{2} ( I_{2} + I_{3} - I_{4} + \frac{1}{2}  I_{5} ) $$$$I= \frac{ \pi }{2} \int _0^ \infty  \frac{Arccos( \frac{1-x}{1+x} )}{x(1+x)(1+ \sqrt{x} )} dx \Longrightarrow u=Arccos ( \frac{1-x}{1+x} ) \wedge du= \frac{dx}{ \sqrt{x} (1+x)}  \wedge dv= \frac{dx}{x(1+x)(1+ \sqrt{x} )}  \wedge v=-Arctan ( \sqrt{x} )-ln(1+ \sqrt{x} )+lnx- \frac{1}{2}ln(x+1) \Longrightarrow  \frac{ \pi }{2} [(uv | _0^ \infty - \int _0^ \infty  \frac{-Arctan( \sqrt{x})-ln(1+ \sqrt{x} ) +lnx- \frac{1}{2} ln(x+1)}{ \sqrt{x}(1+x) } dx]=- \frac{  \pi ^{3}}{4} + \frac{ \pi }{2}  \int _0^ \infty  \frac{Arctan( \sqrt{x} )+ln(1+ \sqrt{x} )-lnx+ \frac{1}{2} ln(x+1)}{ \sqrt{x}(1+x) } =- \frac{  \pi ^{3} }{4} + \frac{ \pi }{2} ( I_{2} + I_{3} - I_{4} + \frac{1}{2}  I_{5} )$$$$ \ast  I_{2}= \int _0^ \infty  \frac{Arctan( \sqrt{x} )}{ \sqrt{x} (1+x)} dx=2 \int _0^ \infty Arctan ( \sqrt{x} ).(Arctan( \sqrt{x} ))'dx =2 (Arctan1)^{2} = \frac{  \pi ^{2} }{4} $$ $$I_{3}= \int _0^ \infty  \frac{ln(1+ \sqrt{x} )}{ \sqrt{x} (1+x)}dx= \int _0^ \infty  \frac{ln(1+k \sqrt{x} ) | _0^1}{ \sqrt{x} (1+x)} dx= \int _0^1 \int _0^ \infty  \frac{1}{(1+k \sqrt{x} )(1+x)} dxdk= \int _0^1 \frac{1}{ k^{2} +1}  \int _0^ \infty ( \frac{1}{ x^{2} +1} - \frac{ax}{ x^{2} +1} + \frac{1}{ax+1} )dxdk= \int _0^1 \frac{ \pi k}{ k^{2} +1} dx-2 \int _0^1  \frac{lnk}{ k^{2} +1} dk=2C+ \frac{ \pi }{2}ln2 $$ $$$$$$ I_{4} = \int _0^ \infty  \frac{lnx}{ \sqrt{x}(1+x) } dx= \lim_{a\to 0}  \frac{d}{da}  \int _0^ \infty  \frac{ x^{a- \frac{1}{2} } }{1+x} dx= \lim_{a\to 0}  \beta (a+ \frac{1}{2} ,-a+ \frac{1}{2} )= \lim_{a\to 0}   \pi ^{2} tan (\pi a).sec( \pi a)=0$$ $$I_{5}= \int _0^ \infty  \frac{ln(x+1)}{ \sqrt{x} (1+x)} dx= \lim_{a\to 0} \frac{d}{da} \int _0^ \infty  \frac{ x^{ -\frac{1}{2} } }{(1+ x)^{1-a} } dx= \lim_{a\to 0}   \frac{d}{da}  \beta ( \frac{1}{2} , \frac{1}{2} -a) =- \lim_{a\to 0} \frac{d}{da}  [  ( \psi ^{(0)}( \frac{a}{b} -a) -  \psi ^{(0)} (1-a)) \beta ( \frac{1}{2} , \frac{1}{2} -a)]=- \pi (  \psi ^{(0)}( \frac{1}{2} ) -  \psi ^{(0)}(1) )=2 \pi ln2$$

لطفا وارد شده یا عضو شوید تا بتوانید سوال بپرسید

برای ترجمه ی یک جمله از انگلیسی به فرانسوی دو چیز ضروری است. اول، باید جمله ی انگلیسی را تماما بفهمیم. دوم، باید با اصطلاحات ویژه ای که در زبان فرانسوی هستند آشنا باشیم. این وضعیت خیلی شبیه هنگامی است که سعی داریم شرط را که با کلمات بیان شده است با نمادهای ریاضی بیان کنیم. اول، باید آن را تمام درک کنیم. دوم، باید با اصطلاحات ریاضی ریاضی آشنا باشیم.
...