cos a bx 2 在 到 上的積分怎麼算?

時間 2021-12-20 02:53:11

1樓:理論物理學大神

cos(a+bx^2)是乙個偶函式。

偶函式的定義:f(x)=f(-x)

從而根據偶函式定積分的定義可以將∫(-∞→∞)f(x)dx=2∫(0→∞)f(xdx),

從而將∫(-∞→∞)cos(a+bx^2)dx在整個R區間上的定積分轉化為在絕對值|R|區間上的定積分運算2∫(0→∞)cos(a+bx^2)dx。

因為cos(a+bx^2)dx無初等形式原函式所對應,所以只能運用級數積分法則。

泰勒級數:

y=cos(x)的泰勒級數展開式為:

因此對於y=cos(a+bx^2)有泰勒級數展開式:cos(a+bx^2)=cos(t)=1-t^2/2+t^4/4!-...

+[(-1)^n*t^2n]/2n!+[(-1)^(n+1)*t^(2n+2)/(2n+2)!]

假設a=0,以下方便計算

由於當下的問題是對函式y=cos(a+bx^2)進行積分,所以首先要求處y=cos(a+bx^2)的泰勒級數展開式的積分:∫(-∞→∞)cos(a+bx^2)dx=2∫(0→∞)cos(t)dx=2∫(0→∞)dx=∑(0→∞)(-1)^n*b^2n*x^(4n+1)/(4n+1)(2n!)

從而得出了函式y=cos(a+bx^2)所對應著的級數原函式,因此只能說級數原函式為y=cos(a+bx^2)所對應著的超越函式,因為具有無窮多項。

最終進行計算得到結果2∫(0→∞)cos(a+bx^2)dx=2∑(0→∞)(-1)^n*b^2n*x^(4n+1)/(4n+1)(2n!)。

這個級數是收斂的,根據判斷交錯級數的發散收斂性的定則(萊布尼茲判別法),由於∑(0→∞)(-1)^n*b^2n*x^(4n+1)/(4n+1)(2n!)是單調遞減的並且極限項數值趨勢於0, 由此得出該級數是收斂的。

因此最終y=cos(a+bx^2)在整個R區間上的積分可通過2∑(0→∞)(-1)^n*b^2nx^(4n+1)/(4n+1)(2n!)超越原函式的級數形式計算,這個級數的精確解便是∫(-∞→∞)cos(a+bx^2)=(π/2b)^0.5*(cosa-sina)。

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