reirei

数学のガンマについて

1,∫[0→3]x/(√(3−x)dx

2,∫[0→∞]e^(−x^4)x^11 dx

私の学校の授業ではガンマは整数の基礎的なところまでしか習いませんでした。このような応用問題はどうアプローチするのでしょうか?

また回答も添えて解説いただけるとありがたいす。よろしくお願いいたします。


回答 1件

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∫x3−xdx\int \frac{x}{\sqrt{3 - x}} dx

の方は、3−x\sqrt{3 - x} が計算の障害なので、x=3−t2x = 3 - t^2 と置換します。

∫x3−xdx=∫3−t2t(3−t2)′dt=2∫(t2−3)dt=2(13t3−3t)\int \frac{x}{\sqrt{3 - x}} dx = \int \frac{3 - t^2}{t} (3 - t^2)' dt = 2 \int (t^2 - 3)dt = 2\left(\frac{1}{3}t^3 - 3t\right)

あとは t=3−xt = \sqrt{3 - x} と置換し直して

[2(3−x)12(13(3−x)−3)]03=43\left[2(3 - x)^{\frac{1}{2}}\left(\frac{1}{3}(3 - x) - 3\right)\right]_0^3 = 4\sqrt{3}

を得ます。


∫0∞e−x4x11dx\int_0^\infty e^{-x^4} x^{11} dx

の方は、x4x^4 の項が計算の障害なので、x=t1/4x = t^{1/4} と置換します。

∫0∞e−x4x11dx=∫0∞e−tt11414t−34dt=14∫0∞e−tt2dt\int_0^\infty e^{-x^4} x^{11} dx = \int_0^\infty e^{-t} t^{\frac{11}{4}} \frac{1}{4}t^{-\frac{3}{4}} dt = \frac{1}{4} \int_0^\infty e^{-t} t^2 dt

ここで ∫0∞e−tt2dt=Γ(2+1)\displaystyle{\int_0^\infty e^{-t} t^2 dt} = \Gamma(2 + 1) なので、

14∫0∞e−tt2dt=2!4=12\frac{1}{4} \int_0^\infty e^{-t} t^2 dt = \frac{2!}{4} = \frac{1}{2}

を得ます。


  • reirei
    お礼

    計算の障害となるものへの置き換え、その後の計算方法とても丁寧に解説いただきありがとうございました。回答を理解した後類似の問題解いたところスムーズに行うことができました。本当にありがとうございました。

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