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Formelsammlung Mathematik: Bestimmte Integrale: Form R(x,sinh)

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11+x2xsinhπxdx=2log21
ohne Beweis (Abels Integral)


xn1sinhxdx=2n(2n1)|Bn|nπn2n1n2
ohne Beweis


0xα1sinhxdx=2Γ(α)λ(α)Re(α)>1
Beweis

Für x>0 ist 1sinhx=2exex=2ex11e2x=2exk=0e2kx=2k=0e(2k+1)x.

Also ist xα1sinhx=2k=0xα1e(2k+1)x und somit ist

0xα1sinhxdx=2k=00xα1e(2k+1)xdx=2k=0Γ(α)(2k+1)α=2Γ(α)λ(α).

0xα1sinh2xdx=Γ(α)ζ(α1)2α2Re(α)>2
Beweis

Für x>0 ist 1sinh2x=4(exex)2=4e2x(1e2x)2=4k=1ke2kx.

Also ist 0xα1sinh2xdx=4k=1k0xα1e2kxdx=4k=1kΓ(α)(2k)α=Γ(α)ζ(α1)2α2.

sinhαxsinhxdx=πtan(απ2)1<Re(α)<1
Beweis

sinhαxsinhxdx   =20eαxeαxexexdx=ψ(1+α2)ψ(1α2)   =πtan(απ2)

sinhαxsinhπx11+x2dx=αcosα+2sinαlog(2cosα2)π<Re(α)<π
Beweis

y(α):=sinhαxsinhπx11+x2dx

y(α)+y(α)=sinhαxsinhπxdx=tanα2

mit y(0)=0 und y(0)=1sinhπxx1+x2dx=1+2log2.


Ansatz (Variation der Konstante):

y(x)=c(x)sinx+d(x)cosx

y(x)=c(x)cosxd(x)sinx+c(x)sinx+d(x)cosx=0(Forderung)

y(x)=c(x)sinxd(x)cosx+c(x)cosxd(x)sinx

Also ist y(x)+y(x)=c(x)cosxd(x)sinx=tanx2 und c(x)sinx+d(x)cosx=0.

(cosxsinxsinxcosx)(c(x)d(x))=(tanx20)

(c(x)d(x))=(cosxsinxsinxcosx)(tanx20)=(cosxtanx2sinxtanx2)

(c(x)d(x))=(cosx+2log(2cosx2)sinxx), wegen (c(0)d(0))=(y(0)y(0))=(1+2log20).

Somit ist y(x)=[cosx+2log(2cosx2)]sinx+(sinxx)cosx=xcosx+2sinxlog(2cosx2).

xsinhαπx1x2+β2dx=1αβ+ψ(αβ2+12)ψ(αβ2)Re(α),Re(β)>0
ohne Beweis