به محفل ریاضی ایرانیان خوش آمدید! لطفا برای استفاده از تمامی امکانات عضو شوید
0 امتیاز
224 بازدید
در دانشگاه توسط mansour (769 امتیاز)
ویرایش شده توسط قاسم شبرنگ

مطلوب است اثبات رابطه زیر:

$ \int _ {-1} ^1 \frac{Arcsinx}{x}dx= \pi ln2 $

قرار دهید $x=sinu$:

$ \int _ { \frac{- \pi }{2} } ^ { \frac{ \pi }{2} } \frac{ucosu}{sinu} du=...$

1 پاسخ

+1 امتیاز
توسط قاسم شبرنگ (4,161 امتیاز)

قرار دهید:

$$u:=Arcsinx \Rightarrow du=\frac{dx}{ \sqrt{1-x^2}}= \frac{dx}{ \sqrt{1-sin^2u}}= \frac{dx}{cosu},u(0)=0,u(1)= \frac{\pi}{2}$$

$$ \Rightarrow I= \int_{-1}^1 \frac{Arcsinx}{x}dx=2\int_0^1 \frac{Arcsinx}{x}dx=2\int_.^ \frac{\pi}{2} \frac{u}{sinu}.cosu.du$$

$$=2 \int_0^\frac{\pi}{2}ud(Ln(sinu))=2uLn(sinu)|_0^ \frac{\pi}{2}-2 \int_0^ \frac{\pi}{2}Ln(sinu)du$$

$$=0-2 \int_0^ \frac{\pi}{2}Ln(sinu)du=-2 \int_0^ \frac{\pi}{2}Ln(sinu)du$$

حالا انتگرال اخیر را جدا محاسبه می‌کنیم(در این مرحله غیر محسوس از تغییر متغیر $x:=2u$ و $x:=u-\frac{\pi}{2}$ استفاده می‌کنیم):

$$J:=\int_0^ \frac{\pi}{2}Ln(sinu)du=2 \int_0^ \frac{\pi}{2}Ln(sin(0+ \frac{\pi}{2}-u)du=\int_0^ \frac{\pi}{2}Ln(cosu)du$$

$$2J=J+J=2 \int_0^ \frac{\pi}{2}Ln(sinu)du+\int_0^ \frac{\pi}{2}Ln(cosu)du=2\int_0^ \frac{\pi}{2}Ln(sinucos)du$$

$$=\int_0^ \frac{\pi}{2}Ln( \frac{1}{2}sin2u)du=\int_0^ \frac{\pi}{2}Ln(sinu)du-Ln2\int_0^ \frac{\pi}{2}du$$

$$= \int_0^ \frac{\pi}{2}Ln(sin2u)du- \frac{\pi}{2}Ln2=2\int_0^\pi Lnsinxdx-\frac{\pi}{2}Ln2$$

$$=2 \int_0^ \frac{\pi}{2}Lnsinxdx+2 \int_\frac{\pi}{2}^\pi Lnsinudu-\frac{\pi}{2}Ln2$$

$$=2 \int_0^ \frac{\pi}{2}Lnsinxdx-2 \int_0^ \frac{\pi}{2}Lnsinxdx-\frac{\pi}{2}Ln=2J-2J-\frac{\pi}{2}Ln2=-\frac{\pi}{2}Ln2$$

$$ \Rightarrow I=-2J=-2.(-\frac{\pi}{2}Ln2)=\pi Ln2$$

$\Box$

علم، یک معادله ی دیفرانسیل است. مذهب یک شرط مرزی است.
...