Дан учебный пример с неправильным решением интеграла: «интеграл sin(x)/x dx от 0 до бесконечности равен 1». Найдите ошибку в рассуждении и укажите правильный результат и метод

19 Ноя в 10:18
4 +1
0
Ответы
1
Ошибка обычно в некорректном обмене пределов/интегрирования или в пренебрежении особенностью в нуле (нет равномерной сходимости). Правильный результат и корректный метод:
1) Ввести параметр s>0s>0s>0:
I(s)=∫0∞e−sxsin⁡xx dx. I(s)=\int_{0}^{\infty} e^{-s x}\frac{\sin x}{x}\,dx.
I(s)=0 esxxsinx dx.
Для s>0s>0s>0 можно дифференцировать под знаком интеграла:
I′(s)=−∫0∞e−sxsin⁡x dx=−11+s2. I'(s)=-\int_{0}^{\infty} e^{-s x}\sin x\,dx=-\frac{1}{1+s^2}.
I(s)=0 esxsinxdx=1+s21 .
Интегрируя по sss:
I(s)=−arctan⁡s+C. I(s)=-\arctan s+C.
I(s)=arctans+C.
Так как I(s)→0I(s)\to0I(s)0 при s→∞s\to\inftys, получаем C=π/2C=\pi/2C=π/2, значит
I(s)=π2−arctan⁡s. I(s)=\frac{\pi}{2}-\arctan s.
I(s)=2π arctans.
Беря предел s→0+s\to 0^+s0+,
∫0∞sin⁡xx dx=I(0)=π2. \int_{0}^{\infty}\frac{\sin x}{x}\,dx=I(0)=\frac{\pi}{2}.
0 xsinx dx=I(0)=2π .

2) Кратко о причине ошибки: нельзя подставлять предельное значение параметра (или менять пределы интегрирования и предельные операции) в случае несобственного или неравномерно сходящегося интеграла; это и приводит к ложному значению 111.
19 Ноя в 10:28
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир