Miten tämä lasketaan? int_0 ^ 1 log (1-x) / xdx + Esimerkki

Miten tämä lasketaan? int_0 ^ 1 log (1-x) / xdx + Esimerkki
Anonim

Vastaus:

Katso alempaa.

Selitys:

Valitettavasti integraalin sisällä oleva toiminto ei integroitu johonkin sellaiseen, jota ei voida ilmaista alkeisfunktioina. Sinun täytyy käyttää numeerisia menetelmiä tämän tekemiseen.

Voin näyttää, miten voit käyttää sarjan laajennusta likimääräinen arvo.

Aloita geometrisen sarjan avulla:

# 1 / (1-r) = 1 + r + r ^ 2 + r ^ 3 + r ^ 4 … = sum_ (n = 0) ^ oor ^ n # varten # Rlt1 #

Integroi nyt # R # ja käyttämällä rajoja #0# ja # X # saat tämän:

# int_0 ^ x1 / (1-r) dr = int_0 ^ x 1 + r + r ^ 2 + r ^ 3 + … dr #

Vasemman puolen integrointi:

# Int_0 ^ x1 / (1-r) dr = - ln (1-r) _ 0 ^ x = -ln (1-x) #

Nyt integroi oikea puoli integroimalla termi:

# int_0 ^ x 1 + r + r ^ 2 + r ^ 3 + … dr = r + r ^ 2/2 + r ^ 3/3 + r ^ 4/4 … _ 0 ^ x #

# = X + x ^ 2/2 + x ^ 3/3 + x ^ 4/4 + … #

Tästä seuraa, että:

# -ln (1-x) = x + x ^ 2/2 + x ^ 3/3 + x ^ 4/4 + … #

#impliesln (1-x) = -x-x ^ 2/2-x ^ 3/3-x ^ 4/4 + … #

Jaa nyt # X #:

#ln (1-x) / x = (- x-x ^ 2/2-x ^ 3/3-x ^ 4/4 + …) / x #

# = - 1-x / 2-x ^ 2/3-x ^ 3/4 -… #

Joten meillä on nyt tehosarjan ilmentymä toiminnolle, jonka alun perin aloitimme. Lopuksi voimme integroida uudelleen saadaksesi:

# Int_0 ^ 1LN (1-x) / x = int_0 ^ 1-1-x / 2-x ^ 2/3-x ^ 3/4 -… dx #

Oikean käden termi integroidaan termi puolella antaa meille:

# Int_0 ^ 1LN (1-x) / x = - x-x ^ 2/4-x ^ 3/9-x ^ 4/16 -… _ 0 ^ 1 #

Arvojen rajaaminen neljään termiin antaa meille likimääräisen arvon:

# Int_0 ^ 1LN (1-x) / x ~~ {-1-1 ^ 2 / 4-1 ^ 3 / 9-1 ^ 4/16} - {0} #

#=-(1+1/4+1/6+1/16+…)=-205/144~~-1.42361#

Nyt tämä on vain neljä termiä. Jos haluat tarkemman numeron, käytä sarjassa useampia termejä. Esimerkiksi 100: een termiin:

# Int_0 ^ 1LN (1-x) /x

Jos jätät huomiotta, jos käytät samaa prosessia, mutta käytät summausmerkintää (ts. Ison sigman sijaan sarjojen ehtojen kirjoittamista), huomaat, että:

# Int_0 ^ 1LN (1-x) / xdx = -sum_ (n = 0) ^ oo1 / n ^ 2 #

joka on vain 2: n Riemann-Zeta-funktio, ts.

# Int_0 ^ 1LN (1-x) / xdx = -sum_ (n = 0) ^ oo1 / n ^ 2 = -zeta (2) #

Tiedämme jo, että sen arvo on: #zeta (2) = pi ^ 2/6 #.

Näin ollen integraalin tarkka arvo voidaan päätellä olevan:

# Int_0 ^ 1LN (1-x) / xdx = pi ^ 2/6 #