一个简单的积分
问题是计算以下积分
\(显示样式\int_{0}^{2\pi}\mbox{sin}^{2}(x)dx.)
有一个方式根本不用计算积分就能找到这个积分。好吧,差不多了。
工具书类
- R.Honsberger,更多数学模型,MAA,《新数学图书馆》,1991年,第136-137页
- G.-C.罗塔,胡思乱想,Birkhauser,1997年
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计算以下积分
\(显示样式\int_{0}^{2\pi}\mbox{sin}^{2}(x)dx.)
解决方案
首先,请注意
\(\displaystyle\int_{0}^{2\pi}\mbox{sin}^{2}(x)dx=\int_{0}^{1\pi}\nmbox{cos}^{2}(x)dx.)
因此,将两者相加,并使用众所周知的恒等式,我们得到它们的和等于2π。特别地,
\(\displaystyle\int_{0}^{2 \pi}\box{sin}^{2}(x)dx=\pi.\)
这解决了问题。然而,不需要额外的努力就可以获得几个积分。对于其中一个,上面的第二个积分也是π。现在,由于sin²(x)的周期实际上是π,我们很容易得到另一个积分
\(显示样式\int_{0}^{\pi}\mbox{sin}^{2}(x)dx=\pi/2.)
最后,考虑到(mbox{sin}),(mbox}sin}(pi-x)=mbox{正弦}(x))的对称性,我们还得到
\(\显示样式\int_{0}^{\pi/2}\mbox{sin}^{2}(x)dx=\pi/4。\)
轻率地说,每次我们把积分间隔减半,积分也就减半了。会吗下一次我们会得到一个等于八分之一的积分,对吗?
同样,考虑以下积分:
\(显示样式I=\int_{0}^{\pi/2}\frac{\mbox{sin}^{25}
当\(x\)从\(0\)到\(\pi/2\)时,被积函数\(f(x)\)所取的值与\(f(\pi/2-x)\)在相同间隔上所取的值完全相同,只是它们是以相反的顺序生成的。因此,这两个函数的积分相等:
\(显示样式I=J=\int_{0}^{\pi/2}\frac{\mbox{sin}^{25}(\pi/2-x x{sin}^{25}(x)}dx\)
总结一下,
\(显示样式I+J=\int_{0}^{\pi/2}1dx.)
因为(I=J),所以(I=pi/4)。指数(25)与此有什么关系?没有什么!因为,被积函数是偶数更通用的框架到目前为止。
一些金额也可以在不进行任何计算的情况下找到。
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