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 (4,161 امتیاز)
ویرایش شده آبان ۱۵, ۱۴۰۴ توسط قاسم شبرنگ
117 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:

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

$\Box$

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.
...