解決済み

積分投稿!

今日は前夜祭でした。(あまり難度の高い積分ではない気がします。)

I=logxdxI=\int \sqrt{\log \sqrt{x}} dx

I=(2logx+1)elogx2dxI=(2\log x+1)e^{{\log x}^2} dx

I=01k=0(11+x2k)dxI=\int_{0}^{1} \prod_{k=0}^{\infty} \left(\dfrac{1}{1+x^{2^k}}\right) dx

I=log(xπ)(logx)logπedxI=\int \dfrac{\log \left(\frac{x}{\pi}\right)}{(\log x)^{\log {\pi e}}} dx

今日忙しくて、(1)と(4)がまだ間に合ってません。特殊関数出没時は、ご一報ください。

予告\mathbf{予告}:明日は年に一度の「関数祭り」なんです。(いつも積分だったり数学について熱く語り合っている謎の組合がハロウィンに合わせて関数をいじる企画です)

いろいろな関数の問題を出し合います(多分積分ばかり)

明日位から、おそらくですが三角関数や指数関数、対数関数などの積分問題が増えるかもしれないのですみません。

いつもは1、2問くらいですが、問題量が増えるかもしれません。なので、LaTeXを用いると回答者様の時間が浪費されてしまう懸念などがありますので、計算した紙の写真などを張り付けるでもOKです。(今週に限らずいつでもどうぞ。)

補足

三問目のみ定積分なのでご注意ください。

なんか(1)(4)の雰囲気はイヤですが、、

ベストアンサー

ベストアンサー

積分祭りじゃぁー、ということで今日は全部回答します!!


I=12logxdx=12xlogx1221logxdxI=\dfrac{1}{\sqrt{2}}\int \sqrt{\log x} dx=\dfrac{1}{\sqrt{2}} x \sqrt{\log x}-\dfrac{1}{2\sqrt{2}}\int \dfrac{1}{\sqrt{\log x}}dx

ここで、1logxdxについて、logx=t\int \dfrac{1}{\sqrt{\log x}}dxについて、 \sqrt{\log x}=t とし、 dx=2tet2dtdx=2t e^{t^2} dt

1logxdx=2et2dt\int \dfrac{1}{\sqrt{\log x}}dx=2\int e^{t^2}dt

ここで、相変わらずの誤差関数です、 et2dt=π2erfi(t)+C\int e^{t^2}dt =\dfrac{\sqrt{\pi}}{2}\mathrm{erfi}(t)+C より


I=12(xlogxπ2erfi(logx))+C∴I=\dfrac{1}{\sqrt{2}}\left(x\sqrt{\log x}-\dfrac{\sqrt{\pi}}{2}\mathrm{erfi}(\sqrt{\log x})\right)+C


二つ目ー

I=(2x2logx+x2)dxI=\int(2x^2 \log x+x^2)dx

ただただこの変形に尽きますね

=13x3+23x3logx23x2dx=\dfrac{1}{3}x^3+\dfrac{2}{3}x^3\log x-\int \dfrac{2}{3}x^2 dx

よって、

I=19x3(1+6logx)+C∴I=\dfrac{1}{9}x^3(1+6\log x)+C


三つ目ー


まずは無限積の処理に追われます(笑)

n=0m(11+x2n)\prod_{n=0}^{m}\left(\dfrac{1}{1+x^{2^n}}\right)

次は自分の思い付きで何とかなりました

n=0m(1x(1x)(1+x2n))=1x(1x)(1+x)(1+x2)(1+x4)(1+x2m)\prod_{n=0}^{m}\left(\dfrac{1-x}{(1-x)(1+x^{2^n})}\right)=\dfrac{1-x}{(1-x)(1+x)(1+x^2)(1+x^4)…(1+x^{2^m})}

これは分母がトントン拍子に消えていくので

=n=0m(1x1x2m)=\prod_{n=0}^{m}\left(\dfrac{1-x}{1-x^{2^m}}\right)

積分範囲が[0,1]なので、上記の数列はx2m1|x^{2^m}|≦1なので無限級数

=n=0(1x1x2m)=x+1=\prod_{n=0}^{∞}\left(\dfrac{1-x}{1-x^{2^m}}\right)=-x+1

に収束し、

I=01(x+1)dx=12∴I=\int_{0}^{1} (-x+1)dx=\dfrac{1}{2}


四つ目ー

I=logxlogπ(logx)logπedxI=\int \dfrac{\log x-\log \pi}{(\log x)^{\log \pi e}}dx

定数が気色悪いので置き換え、

=logxb(logx)adx=\int \dfrac{\log x-b}{(\log x)^{a}}dx

logx=t\log x=tに置換し、 dx=etdtdx=e^t dt

=ettbtadt=(ett1abetta)dt=\int e^t\dfrac{t-b}{t^a}dt=\int (e^t t^{1-a}-b e^t t^{-a})dt

=bΓ(1a,x)+Γ(2a,x)+C=b\Gamma(1-a,-x)+\Gamma(2-a,-x)+C

これは第2種不完全ガンマ積分というものです。ガンマ関数の拡張版ですが正直自分もあまり分かっていません。

Γ(a,t)=xta1etdx\Gamma(a,t)=\int_{x}^{∞} t^{a-1} e^{-t} dx

これを使いました。

I=logπΓ(logπ,x)+Γ(1logπ,x)+CI=\log \pi \Gamma(-\log \pi,-x)+\Gamma(1-\log \pi,-x)+C

一応解きましたが 返信待ってます

補足

すみません、最後のところ置換を戻していませんでした、logx\log x に改変してください……🙇

返信(1件)

ありがとうございます!

やはり(1)、(4)が特殊関数祭りでしたね、すみません,,,,,

回答は僕と同じ感じです。(まだ解答開示まで少し時間があるので正解かどうかは分かりませんが。)

無限積の問題、結構解くの気持ち良かったです(for me)

(4)は、なんか見た目がえぐかったです,,,

積分は楽しいですね!

関数祭り当日の問題もぼちぼち上げますのでお待ちください!

そのほかの回答(1件)

この回答は削除されました。

返信(1件)

(2)インテグラルあります。(すみません抜けてますね)

 訂正いたします。申し訳ございません。