Zurück zu Bestimmte Integrale
Zum einen ist ∫0∞e−nxsin(nx)cotxdx=∫0∞e−nxsinnxsinxcosxdx =limN→∞∫0∞e−nxsinnxsinx(cosx−cos(2N+1)x)dx(Riemannsches Lemma) =2⋅limN→∞∫0∞e−nxsinnxsinxsin(N+1)x⋅sinNx⋅dx=2⋅limN→∞∫0∞e−nxsinnx∑k=1Nsin(2kx)dx =2⋅limN→∞∑k=1N∫0∞e−nxsinnx⋅sin(2kx)dx=∑k=1∞∫0∞e−nx(cos(n−2k)x−cos(n+2k)x)dx =∑k=1∞nn2+(n−2k)2−∑k=1∞nn2+(n+2k)2. Zum anderen ist ∫0∞e−nxsin(nx)cothxdx=12n+2∑k=1∞nn2+(n+2k)2 ∫0∞e−nxsin(nx)cothxdx=∫0∞e−nxsinnx⋅(1+2e2x−1)dx =nn2+n2+2∫0∞e−nxsinnxe2x−1dx=12n+2∑k=1∞∫0∞e−(n+2k)xsinnxdx=12n+2∑k=1∞nn2+(n+2k)2 Faßt man beide Teile zusammen, so ist∫0∞e−nxsin(nx)(cotx+cothx)dx =12n+∑k=1∞nn2+(n−2k)2+∑k=1∞nn2+(n+2k)2=π2sinhπncoshπn−cosπn=π2{tanhnπ2,nungeradecothnπ2,ngerade.