Задача на неочевидный выбор метода: требуется вычислить интеграл ∫_0^pi x sin(x) dx. Рассмотрите интегрирование по частям, симметрию и представления через Фурье — какой подход эффективнее и почему

21 Ноя в 10:37
4 +4
0
Ответы
1
Короткий ответ: наиболее эффективно — воспользоваться симметрией; интеграл равен π\piπ.
Пояснения и вычисления.
Симметрия (быстрее всего):
I=∫0πxsin⁡x dx. I=\int_0^\pi x\sin x\,dx.
I=0π xsinxdx.
Подставим x↦π−xx\mapsto\pi-xxπx:
I=∫0π(π−x)sin⁡(π−x) dx=∫0π(π−x)sin⁡x dx. I=\int_0^\pi (\pi-x)\sin(\pi-x)\,dx=\int_0^\pi (\pi-x)\sin x\,dx.
I=0π (πx)sin(πx)dx=0π (πx)sinxdx.
Сложим оба выражения:
2I=∫0ππsin⁡x dx=π∫0πsin⁡x dx=π⋅2=2π, 2I=\int_0^\pi \pi\sin x\,dx=\pi\int_0^\pi\sin x\,dx=\pi\cdot 2=2\pi,
2I=0π πsinxdx=π0π sinxdx=π2=2π,
отсюда I=π.\;I=\pi.I=π.
Интегрирование по частям (альтернатива):
u=x, dv=sin⁡x dx⇒du=dx, v=−cos⁡x, u=x,\ dv=\sin x\,dx\Rightarrow du=dx,\ v=-\cos x,
u=x, dv=sinxdxdu=dx, v=cosx,
I=[−xcos⁡x]0π+∫0πcos⁡x dx=π+0=π. I=[-x\cos x]_0^\pi+\int_0^\pi\cos x\,dx=\pi+0=\pi.
I=[xcosx]0π +0π cosxdx=π+0=π.

Представление через разложение в ряд Фурье — избыточно: потребовалось бы разложить xxx по синусам/косинусам и использовать ортогональность, что длиннее и сложнее для этой простой задачи.
21 Ноя в 10:48
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