به محفل ریاضی ایرانیان خوش آمدید! لطفا برای استفاده از تمامی امکانات عضو شوید
ارسال شده آبان ۱۴, ۱۴۰۴ در مطالب ریاضی توسط قاسم شبرنگ (4,151 امتیاز)
ویرایش شده آبان ۱۵, ۱۴۰۴ توسط قاسم شبرنگ
68 بازدید

اگر $f$ یک تابع و برای هر عدد حقیقی $x$ و هر عدد حسابی $n$ داشته باشیم $f(x^+_-n\pi)=f(x)$ آنگاه،

اگر $f$ تابعی زوج باشد:

$$ 1)\int_0^ \infty\frac{sin(x)}{x}f(x)=\int_0^ \infty\frac{sin^2(x)}{x^2}f(x)= \int_0^ \frac{\pi}{2}f(x)dx $$

واگر $f$ تابعی فرد باشد:

$$2)\int_0^ \infty\frac{sin(x)}{x}f(x)dx= \int_0^ \frac{\pi}{2}cos(x)f(x)dx$$

اثبات1):

$$I:=2\int_0^ \infty\frac{sin(x)}{x}f(x)dx=\int_{- \infty}^ \infty\frac{sin(x)}{x}f(x)dx$$

$$=\int_{- \infty }^0\frac{sin(x)}{x}f(x)dx+\int_0^ \infty\frac{sin(x)}{x}f(x)dx$$

$$\int_{\frac{-\pi}{2}}^0\frac{sin(x)}{x}f(x)dx+\int_\frac{-3\pi}{2}^{\frac{-\pi}{2}}\frac{sin(x)}{x}f(x)dx+\int_ \frac{-5\pi}{2} ^{\frac{-3\pi}{2}}\frac{sin(x)}{x}f(x)dx+...$$

$$+\int_0^{\frac{\pi}{2}}\frac{sin(x)}{x}f(x)dx+\int_\frac{\pi}{2}^{\frac{3\pi}{2}}\frac{sin(x)}{x}f(x)dx+\int_ \frac{3\pi}{2} ^{\frac{5\pi}{2}}\frac{sin(x)}{x}f(x)dx+...$$

$$=\int_ \frac{-\pi}{2} ^{\frac{\pi}{2}}\frac{sin(x)}{x}f(x)dx+\int_\frac{-3\pi}{2}^{\frac{3\pi}{2}}\frac{sin(x)}{x}f(x)dx+\int_ \frac{-5\pi}{2} ^{\frac{5\pi}{2}}\frac{sin(x)}{x}f(x)dx+...$$

$$ \sum_{n=0}^ \infty \int_ {(k-\frac{1}{2})\pi} ^{(k+\frac{1}{2})\pi} \frac{sin(x)}{x}f(x)dx=\int_ {(k-\frac{1}{2})\pi} ^{(k+\frac{1}{2})\pi}\sum_{n=0}^ \infty \frac{sin(x)}{x}f(x)dx $$

حالا با تغییر متغیر $t:=x-n\pi$ داریم:

$$2I=\int_ \frac{-\pi}{2}^\frac{\pi}{2}\sum_{n=0}^ \infty \frac{sin(t)(-1)^n}{t+n \pi}f(t)dt=\int_ \frac{-\pi}{2}^\frac{\pi}{2}sin(t)f(t)(\sum_{n=0}^ \infty \frac{(-1)^n}{t+n \pi})dt$$

$$=\int_ \frac{-\pi}{2}^\frac{\pi}{2}sin(t).csc(t).f(t)dt=\int_ \frac{-\pi}{2}^\frac{\pi}{2}f(t)dt=2\int_0^\frac{\pi}{2}f(t)dt$$

$$ \Rightarrow \int_0^ \infty\frac{sin(x)}{x}f(x)= \int_0^ \frac{\pi}{2}f(x)dx$$

اثبات قسمت دوم $1$ و $2$ مشابه است.

مثال:

$$2)\int_0^ \infty\frac{sin(x)}{x}dx=\int_0^ \frac{\pi}{2}dx=\frac{\pi}{2}$$

$\Box$

این چرخ فلک که ما در او حیرانیم<br> فانوس خیال از او مثالی دانیم<br> خورشید چراغ دان و عالم فانوس<br> ما چون صوریم کاندرو حیرانیم
...