∫ e − x 2 x 2 d x = \int \mathrm{e}^{-x^{2}}x^{2} \mathrm{~d} x= ∫ e − x 2 x 2 d x = ∫ x 2 e − x 2 d x \int x^{2} \mathrm{e}^{-x^{2}} \mathrm{~d} x ∫ x 2 e − x 2 d x
Using Integration by parts
= − x e − x 2 2 − ∫ − e − x 2 2 d x =-\frac{x \mathrm{e}^{-x^{2}}}{2}-\int-\frac{\mathrm{e}^{-x^{2}}}{2} \mathrm{~d} x = − 2 x e − x 2 − ∫ − 2 e − x 2 d x ...(1)
Now solving:
∫ − e − x 2 2 d x \int-\frac{\mathrm{e}^{-x^{2}}}{2} \mathrm{~d} x ∫ − 2 e − x 2 d x
Apply linearity:
= − π 4 ∫ 2 e − x 2 π d x = − π erf ( x ) 4 \begin{aligned}
&=-\frac{\sqrt{\pi}}{4} \int \frac{2 \mathrm{e}^{-x^{2}}}{\sqrt{\pi}} \mathrm{d} x \\
&=-\frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erf}(x)}{4}
\end{aligned} = − 4 π ∫ π 2 e − x 2 d x = − 4 π erf ( x )
Put the above value in eqn .(1)
− x e − x 2 2 − ∫ − e − x 2 2 d x = π erf ( x ) 4 − x e − x 2 2 + C \begin{aligned}
&-\frac{x \mathrm{e}^{-x^{2}}}{2}-\int-\frac{\mathrm{e}^{-x^{2}}}{2} \mathrm{~d} x \\
&=\frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erf}(x)}{4}-\frac{x \mathrm{e}^{-x^{2}}}{2}+C
\end{aligned} − 2 x e − x 2 − ∫ − 2 e − x 2 d x = 4 π erf ( x ) − 2 x e − x 2 + C
So, ∫ x 2 e − x 2 d x = π erf ( x ) 4 − x e − x 2 2 + C \int x^{2} \mathrm{e}^{-x^{2}} \mathrm{~d} x=\frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erf}(x)}{4}-\frac{x \mathrm{e}^{-x^{2}}}{2}+C ∫ x 2 e − x 2 d x = 4 π erf ( x ) − 2 x e − x 2 + C
And ∫ 0 ∞ x 2 e − x 2 d x = [ π erf ( x ) 4 − x e − x 2 2 + C ] 0 ∞ = π 4 \int_{0}^{\infty} x^{2} \mathrm{e}^{-x^{2}} \mathrm{~d} x=[\frac{\sqrt{\pi} \operatorname{erf}(x)}{4}-\frac{x \mathrm{e}^{-x^{2}}}{2}+C]_{0}^{\infty}=\frac{\sqrt{\pi}}{4} ∫ 0 ∞ x 2 e − x 2 d x = [ 4 π erf ( x ) − 2 x e − x 2 + C ] 0 ∞ = 4 π
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