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Formelsammlung Mathematik: Bestimmte Integrale: Form R(x,log,cosh)

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log(α2+x2)coshπxdx=4log(2Γ(34+α2)Γ(14+α2))Re(α)>0
Beweis

Setzt man f(z)=2α(α2+z2)coshπz, so ist

2πires(f,iα)=2πcosαπ=πcot[(14+α2)π]πcot[(34+α2)π].

Und 2πik=0res(f,i2k+12)=k=0(1)k[42k+1+2α42k+12α]

=[ψ(34+α2)ψ(14+α2)][ψ(34α2)ψ(14α2)],

wobei ψ(34α2)=ψ(1(14+α2))=ψ(14+α2)+πcot[(14+α2)π]

und ψ(14α2)=ψ(1(34+α2))=ψ(34+α2)+πcot[(34+α2)π] ist.



f(x)dx=limNγNfdz=2πiIm>0resf=2[ψ(34+α2)ψ(14+α2)].

Integriere nun beide Seiten nach α:

log(α2+x2)coshπxdx=:U(α)=4[logΓ(34+α2)logΓ(14+α2)]=:V(α)+C

Wegen U(α)log(α2)=U(α)log(α2)coshπxdx=log(1+x2α2)coshπxdx0 für α

und V(α)log(α2)4log2 muss C=4log2 sein.

Daher lässt sich die rechte Seite auch schreiben als 4log(2Γ(34+α2)Γ(14+α2)).

0logxcoshx+cosπαdx=πsinπαlog((2π)αΓ(1+α2)Γ(1α2))0<α<1