به محفل ریاضی ایرانیان خوش آمدید! لطفا برای استفاده از تمامی امکانات عضو شوید
0 امتیاز
248 بازدید
در دانشگاه توسط mansour (784 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):

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

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

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

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

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

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

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

$\Box$

ریاضیدان، کسی است که شباهت ها را بین قضایا دریابد. ریاضیدان بهتر کسی است که بتواند شباهت بین برهان ها را ببیند. بهترین ریاضیدان کسی است که بتواند به شباهت بین نظریه ها توجه کند. و می توان تصور کرد که ریاضیدان نهایی کسی است که بتواند شباهت بین شباهت ها را مشاهده کند.
...