2019-07-03T21:50:45-04:00
Q. Solve ∫_(-∞)^∞▒x^2 e^(-x^2 )cos xdx.
1
2019-07-09T11:18:00-0400
c o s ( x ) = ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n x 2 n ( 2 n ) ! cos(x)=\sum_{n=0}^\infin \frac{(-1)^n x^{2n}}{(2n)!} cos ( x ) = n = 0 ∑ ∞ ( 2 n )! ( − 1 ) n x 2 n so
I = ∫ − ∞ ∞ x 2 e − x 2 c o s ( x ) d x = I = \int_{-\infin}^{\infin} x^2 e^{-x^2} cos(x)dx= I = ∫ − ∞ ∞ x 2 e − x 2 cos ( x ) d x = = ∫ − ∞ ∞ x 2 e − x 2 ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n x 2 n ( 2 n ) ! d x = = \int_{-\infin}^{\infin} x^2 e^{-x^2} \sum_{n=0}^\infin \frac{(-1)^n x^{2n}}{(2n)!}dx= = ∫ − ∞ ∞ x 2 e − x 2 n = 0 ∑ ∞ ( 2 n )! ( − 1 ) n x 2 n d x =
= ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n ( 2 n ) ! ∫ − ∞ ∞ e − x 2 x 2 n + 2 d x = =\sum_{n=0}^\infin \frac{(-1)^n}{(2n)!}\int_{-\infin}^\infin e^{-x^2} x^{2n+2} dx= = n = 0 ∑ ∞ ( 2 n )! ( − 1 ) n ∫ − ∞ ∞ e − x 2 x 2 n + 2 d x =
= ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n ( 2 n ) ! 2 ∫ 0 ∞ e − x 2 x 2 n + 2 d x = ∣ x ↦ x ∣ = =\sum_{n=0}^\infin \frac{(-1)^n}{(2n)!} \;2\int_{0}^\infin e^{-x^2} x^{2n+2} dx=|x \mapsto \sqrt{x}|= = n = 0 ∑ ∞ ( 2 n )! ( − 1 ) n 2 ∫ 0 ∞ e − x 2 x 2 n + 2 d x = ∣ x ↦ x ∣ =
= ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n ( 2 n ) ! 2 ∗ 1 / 2 ∫ 0 ∞ e − x x n + 1 − 1 / 2 d x = =\sum_{n=0}^\infin \frac{(-1)^n}{(2n)!}\;2*1/2 \int_{0}^\infin e^{-x} x^{n+1-1/2} dx= = n = 0 ∑ ∞ ( 2 n )! ( − 1 ) n 2 ∗ 1/2 ∫ 0 ∞ e − x x n + 1 − 1/2 d x = = ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n ( 2 n ) ! ∫ 0 ∞ e − x x n + 1 / 2 d x = =\sum_{n=0}^\infin \frac{(-1)^n}{(2n)!} \int_{0}^\infin e^{-x} x^{n+1/2} dx= = n = 0 ∑ ∞ ( 2 n )! ( − 1 ) n ∫ 0 ∞ e − x x n + 1/2 d x =
= ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n ( 2 n ) ! Γ ( n + 3 / 2 ) = =\sum_{n=0}^\infin \frac{(-1)^n}{(2n)!}\Gamma(n+3/2)= = n = 0 ∑ ∞ ( 2 n )! ( − 1 ) n Γ ( n + 3/2 ) =
= ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n ( 2 n ) ! ( n + 1 / 2 ) Γ ( n + 1 / 2 ) = =\sum_{n=0}^\infin \frac{(-1)^n}{(2n)!}(n+1/2) \Gamma(n+1/2)= = n = 0 ∑ ∞ ( 2 n )! ( − 1 ) n ( n + 1/2 ) Γ ( n + 1/2 ) = = ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n ( 2 n ) ! ( n + 1 / 2 ) ( 2 n ) ! 4 n n ! π = =\sum_{n=0}^\infin \frac{(-1)^n}{(2n)!} \frac{(n+1/2)(2n)!}{4^n n!} \sqrt\pi= = n = 0 ∑ ∞ ( 2 n )! ( − 1 ) n 4 n n ! ( n + 1/2 ) ( 2 n )! π =
= ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n ( n + 1 / 2 ) 4 n n ! π = =\sum_{n=0}^\infin \frac{(-1)^n(n+1/2)}{4^n n!}\sqrt\pi= = n = 0 ∑ ∞ 4 n n ! ( − 1 ) n ( n + 1/2 ) π =
= 1 / 2 π ∑ n = 0 ∞ ( − 1 / 4 ) n n ! + π ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n n 4 n n ! = =1/2\sqrt\pi\sum_{n=0}^\infin\frac{(-1/4)^n}{n!}+\sqrt\pi\sum_{n=0}^\infin\frac{(-1)^n n}{4^n n!}= = 1/2 π n = 0 ∑ ∞ n ! ( − 1/4 ) n + π n = 0 ∑ ∞ 4 n n ! ( − 1 ) n n =
= 1 / 2 π ∑ n = 0 ∞ ( − 1 / 4 ) n n ! − 1 / 4 π ∑ n = 0 ∞ ( − 1 ) n 4 n n ! = =1/2\sqrt\pi\sum_{n=0}^\infin\frac{(-1/4)^n}{n!}-1/4\sqrt\pi\sum_{n=0}^\infin\frac{(-1)^n }{4^n n!}= = 1/2 π n = 0 ∑ ∞ n ! ( − 1/4 ) n − 1/4 π n = 0 ∑ ∞ 4 n n ! ( − 1 ) n =
= 1 / 4 π e − 1 / 4 = π 4 e 4 . =1/4\sqrt\pi e^{-1/4}=\frac{\sqrt\pi}{4\sqrt[4]{e}}. = 1/4 π e − 1/4 = 4 4 e π .
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