讓我們一步步求解:歐拉對數正弦積分

2020-12-21 電子通信和數學

讓我們來發現巧妙而又簡單的歐拉對數正弦積分的解

首先我們假設該積分等於I

我們的方法是證明I滿足方程I=2I,這當然意味著從兩邊減去I後I=0。

要做到這一點,我們需要找到一種巧妙的方式來表示I。關鍵的是將巧妙地使用sin(x)、cos(x)和log(x)的行為。

回想一下,對於任何數字u,我們都有以下等式:[

另一個重要的三角恆等式,倍角公式是:

sin(2x) = 2cos(x)sin(x)

sin(x)的對稱性

我們從如下圖形可以看出sinx是如何對稱的。

這種對稱性的一個結果是:

當你看log(sinx)的圖像時,這就很明顯了。

對數函數的一個重要性質是:

這個很有用,因為它可以和倍角公式結合起來

求解歐拉logsin積分

我們現在用一個替換

這給出了一個新的關於(π/2 - u)的積分,接下來我們利用我們所學到的sin和cos的關係:

到目前為止,一切都順利。但我們想求I + I的值。

這裡的困難在於,一個積分是u,另一個積分是x。下一步操作可能會感到有點困難,但要意識到的關鍵是x和u是「虛擬變量」。它們表示某種東西,在本例中是圖形下的一個區域,因此使用哪個變量名並不重要。所以我們把du和u改成dx和x。

由上述的基本數學知識,進一步得到

我們再做一次替換

sin(v)與π/2是對稱的。這意味著以下觀點成立:

2和2相消,最後得到

與我們最初的表達式的唯一區別是一個不同的「虛擬變量」。像以前一樣,我們可以將v改回x,dv改回dx:

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到此結束了!歐拉對數正弦積分被攻克!!

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