به محفل ریاضی ایرانیان خوش آمدید! لطفا برای استفاده از تمامی امکانات عضو شوید
0 امتیاز
201 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):

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

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

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

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

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

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

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

$\Box$

یکی از اولین و بهترین وظایف معلم این نیست که به شاگردانش این احساس را القا کند که مسائل ریاضی ارتباط کمی با یکدیگر دارند و اصلا هیچ ارتباطی با چیزی دیگ ندارند. هنگامی که دوباره به راه حل مساله نگاه می کنیم از موقعیتی طبیعی برای تحقیق در مورد ارتباط های بین یک مساله برخوردار می شویم.
...