Hvordan beregner du dette? int_0 ^ 1 log (1-x) / xdx + Eksempel

Hvordan beregner du dette? int_0 ^ 1 log (1-x) / xdx + Eksempel
Anonim

Svar:

Se nedenfor.

Forklaring:

Dessverre integreres ikke funksjonen inne i integralet til noe som ikke kan uttrykkes når det gjelder elementære funksjoner. Du må bruke numeriske metoder for å gjøre dette.

Jeg kan vise deg hvordan du bruker en serieekspansjon for å få en omtrentlig verdi.

Begynn med den geometriske serien:

# 1 / (1-R) = 1 + r + r ^ 2 + r ^ 3 + r ^ 4 … = sum_ (n = 0) ^ oor ^ n # til # Rlt1 #

Integrer nå med hensyn til # R # og bruker grensene #0# og # X # for å få dette:

# int_0 ^ x1 / (1-r) dr = int_0 ^ x 1 + r + r ^ 2 + r ^ 3 + … dr #

Integrering av venstre side:

# Int_0 ^ x1 / (1-r) dr = - ln (1-r) _ 0 ^ x = -lN (1-x) #

Integrer nå høyre side ved å integrere term for term:

# int_0 ^ x 1 + r + r ^ 2 + r ^ 3 + … dr = r + r ^ 2/2 + r ^ 3/3 + r ^ 4/4 … _ 0 ^ x #

# = X + x ^ 2/2 + x ^ 3/3 + x ^ 4/4 + … #

Så følger det med at:

# -ln (1-x) = x + x ^ 2/2 + x ^ 3/3 + x ^ 4/4 + … #

#impliesln (1-x) = -x-x ^ 2/2-x ^ 3/3-x ^ 4/4 + … #

Del nå med # X #:

#ln (1-x) / x = (- x-x ^ 2/2-x ^ 3/3-x ^ 4/4 + …) / x #

# = - 1-x / 2-x ^ 2/3-x ^ 3/4 for -… #

Så vi har nå kraftserieuttrykk for den funksjonen vi opprinnelig startet med. Til slutt kan vi integrere igjen for å få:

# Int_0 ^ 1LN (1-x) / x = int_0 ^ 1-1-x / 2-x ^ 2/3-x ^ 3/4 for -… dx #

Integrering av høyre hånd etter sikt gir oss:

# Int_0 ^ 1LN (1-x) / x = - x-x ^ 2/4-x ^ 3/9-x ^ 4/16 -… _ 0 ^ 1 #

Evaluering av grensene til fire vilkår gir oss en omtrentlig verdi:

# Int_0 ^ 1LN (1-x) / x ~~ {-1-1 ^ 2 / 4-1 ^ 3 / 9-1 ^ 4/16} - {0} #

#=-(1+1/4+1/6+1/16+…)=-205/144~~-1.42361#

Nå er dette bare på fire vilkår. Hvis du vil ha et mer nøyaktig nummer, bruk bare flere vilkår i serien. For eksempel, går til 100-tallet:

# Int_0 ^ 1LN (1-x) /x

Som en side, hvis du jobber gjennom nøyaktig samme prosess, men bruker summeringsnotasjon (dvs. med stor sigma i stedet for å skrive ut vilkårene i serien) finner du det:

# Int_0 ^ 1LN (1-x) / XDX = -sum_ (n = 0) ^ oo1 / n ^ 2 #

som bare er Riemann-Zeta-funksjonen på 2, dvs.

# Int_0 ^ 1LN (1-x) / XDX = -sum_ (n = 0) ^ oo1 / n ^ 2 = -zeta (2) #

Vi vet faktisk faktisk verdien av dette å være: #zeta (2) = pi ^ 2/6 #.

Derfor kan den nøyaktige verdien av integralet utledes til å være:

# Int_0 ^ 1LN (1-x) / XDX = -pi ^ 2/6 #