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

مطلوب است اثبات رابطه زیر:

$ \int _0^ \frac{ \pi }{2} \frac{tanx}{ 4ln^{2} (tanx)+ \pi ^{2} }dx= \frac{1}{4} $

توسط قاسم شبرنگ (4,161 امتیاز)
ویرایش شده توسط قاسم شبرنگ
جواب $ 1/8 $ است.

1 پاسخ

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

توجه کنید که:

$$ \int_a^bf(x)dx=\int_a^bf(a+b-x)dx$$

$$,ln^2(cotx)=ln^2( \frac{1}{tanx})=(ln1-ln(tanx))^2=(0-ln(tanx))^2=ln^2(tanx)$$

$$ \Rightarrow I:=\int_0^ \frac{\pi}{2} \frac{tanx}{4ln^2(tanx)+\pi^2}dx= \int_0^ \frac{\pi}{2} \frac{tan( \frac{\pi}{2} -x)}{4ln^2(tan( \frac{\pi}{2} -x))+\pi^2}dx$$

$$=\int_0^ \frac{\pi}{2} \frac{cotx}{4ln^2(cotx)+\pi^2}dx=\int_0^ \frac{\pi}{2} \frac{cotx}{4ln^2(tanx)+\pi^2}dx$$

$$ \Rightarrow 2I=\int_0^ \frac{\pi}{2}\frac{tanx+cotx}{4ln^2(tanx)+\pi^2}dx=\int_0^ \frac{\pi}{2} \frac{tanx}{tanx}.\frac{tanx+cotx}{4ln^2(tanx)+\pi^2}dx$$

$$=\int_0^ \frac{\pi}{2} \frac{1+tan^2x}{tanx(4ln^2(tanx)+\pi^2)}dx$$

حالا تغییر متغیر $u:= \frac{2}{\pi}ln(tanx)$ را به کار بگیرید:

$$ \Rightarrow du= \frac{2}{\pi}.\frac{1+tan^2x}{tanx}dx$$

$$,2I= \frac{\pi}{2}\int_{- \infty }^ \infty \frac{1}{(4 \frac{\pi^2u^2}{4}+\pi^2)}du=2 \times \frac{\pi}{2}. \frac{1}{\pi^2}\int_0^ \infty \frac{1}{1+u^2}du$$

$$= \frac{1}{\pi}tan^{-1}x|_{x=0}^{x= \infty }=\frac{1}{\pi}( \frac{\pi}{2}-0)= \frac{1}{2}$$

$$ \Rightarrow I=\frac{1}{4}$$

$\Box$

توسط mansour (769 امتیاز)
حدود انتگرال بعد از تغییر متغیر از منفی بینهایت تا مثبت بینهایت می شود.
توسط قاسم شبرنگ (4,161 امتیاز)
بله.حق با شماست.اصلاح شد.
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.
...