به محفل ریاضی ایرانیان خوش آمدید! لطفا برای استفاده از تمامی امکانات عضو شوید
+1 امتیاز
322 بازدید
در دانشگاه توسط mansour (778 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 (778 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.
“ ریاضیات نه چیزی بیشتر و نه چیزی کمتر از بخش دقیق اندیشه ی ما است.
...