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
84 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:

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

$\Box$

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.
...