∫∞0(1−xarctan1x)dx=∫∞ϵ(1x2−arctanxx3)dx=1ϵ+[arctanx2x2]∞ϵ−12∫∞ϵdxx2(1+x2)=π4+12ϵ−12ϵ2arctanϵ=π4+12ϵ−12ϵ2(ϵ+O(ϵ3))=π4
∫π2−π21−cos2x1+cos2xdx=4∫10(1+t21+t4−11+t2)dt=4∫10(1/2t2−√2t+1+1/2t2+√2t+1)−π=2√2(arctan(√2−1)+arctan(√2+1))−π=π(√2−1)
Indefinite integral
∫1−cos2x1+cos2xdx=∫csc2x−cot2xcsc2+cot2xdxcotx=y,csc2xdx=−dy,csc2x=1+y2∫−dy(1+2y2)(1+y2)=∫dy1+y2−∫2dy1+2y2=arctany−√2arctan√2y+C′=arctancotx−√2arctan(√2cotx)+C′=π2−x−√2(π2−arctantanx√2)+C′=√2arctantanx√2−x+C
∫∞0x4dx4cosh2x−1=∫∞0x4e−2xdxe−4x+e−2x+1=∫∞0x4(e−2x−e−4x)dx1−e−6x=∫∞0x4e−2xdx1−e−6x−∫∞0x4e−4xdx1−e−6x=165[∫∞0x4e−13xdx1−e−x−∫∞0x4e−23xdx1−e−x]=4!65[ζ(5,13)−ζ(5,23)]=4!65⋅(6π)54!⋅22√3ζ(−4,13)=−π55√3B5(1/3)=−π55√3[−5243]=π5243√3
CMだよ!常微分方程式シリーズ全20回のスタートはこちらから。

∫10arcsinxxdx=∫π20θcotθdθ(sinθ=x)=[θlogsinθ]π20−∫π20logsinθdθ=−∫π20logsinθdθ=−14∂B∂x(12,12)=−14B(12,12)[ψ(12)−ψ(1)]=−14π(−2log2)=π2log2
Integral representation of the digammma function by Gauss
I=∫10(11−x+1logx)dx=∫∞0(11−e−t−1t)e−tdt(t=−logx)=lims→0∫∞0ts(11−e−t−1t)e−tdt=lims→0∫∞0(tset−1−ts−1e−t)dt=lims→0[Γ(s+1)ζ(s+1)−Γ(s)]=lims→0[Γ(s+1)ζ(s+1)−Γ(s+1)s]=lims→0[ζ(s+1)−1s]=−ψ(1)=γ
∫∞0sinxarctan1xdx=[−cosxarctan1x]∞0−∫∞0cosx1+x2dx=π2−∫∞0cosx1+x2dx=π2(1−1e)(∗)
(*) can be evaluated by residues.
コマーシャル!ガンマ関数の基礎シリーズ全20回のスタートはここから。
I=∫π20log(1+tanx)dx=∫∞0log(1+y)1+y2dy積分区間を2つに分ける頻出テクニックI=∫10log(1+y)1+y2dy+∫∞1log(1+y)1+y2dy=∫10log(1+y)1+y2dy+∫10logx+1x1+x2dx(x=1/y)=2∫10log(1+x)1+x2dx−∫10logx1+x2dx=2∫10log(1+x)1+x2dx+G(∗)=2∫10log2−log(1+t)1+t2dt+G(x=1−t1+t)=π2log2−2∫10log(1+t)1+t2dt+G=π2log2−(I−G)+G(because(∗))=π2log2+2G=I∴I=π4log2+G
About (*):
∫10logx1+x2dx=∫10logx∞∑n=0(−x2)ndx=−∞∑n=0(−1)n(2n+1)2=−G
∫10arcsinxarccosxdx=π2∫10arcsinxdx−∫10arcsin2xdx
First term of the RHS:∫10arcsinxdx=[xarcsinx]10−∫10x√1−x2dx=π2−1
Second term of the RHS:∫10arcsin2xdx=[xarcsin2x]10−2∫10xarcsinxdx√1−x2=π24+2[√1−x2arcsinx]10−2=π24−2
∴∫10arcsinxarccosxdx=2−π2
I=∫π20arctansinxsinxdx=∫10arctantdtt√1−t2(x=arcsint)
Define I(a)=∫10arctanatdtt√1−t2 , then I=I(1) , I(0)=0.I′(a)=∫dt√1−t2(1+a2t2)=∫π20du1+a2sin2u(t=sinu)=∫∞0dyy2+a2+1(y=cotu)=π21√1+a2∴I(a)=π2log(a+√1+a2)∴I=π2log(1+√2)
I=∫∞0xsinx1+x2dx=12∫∞−∞xsinx1+x2dx
∮Czeiz1+z2dz=2∫∞0xeix1+x2dx+∫Γzeiz1+z2dzC:semicircle of large radius R which includes a pole z=i. Γ is the big arc of C.∮C=2πizeizz+i|z=i=iπe
|∫Γ|≤∫π0|ReiθeiReiθ1+R2e2iθieiθ|dθ≤∫π0|Re−RsinθR2−1|dθ=RR2−1∫π0e−Rsinθdθ=2RR2−1∫π20e−Rsinθdθ≤πRR2−1⟶0(asR→∞)
Hence,∫∞0xsinx1+x2dx=π2e
ここでCM。ゼータ関数の基礎シリーズの第1回はこちらから!
I=∫∞0cosx2−cosxxdx
∫∞ϵ(11+x−cosx)dxx=[logx1+x]∞ϵ+Ci(ϵ)=−logϵ+γ+logϵ=γHence,∫∞0(11+x−cosx)dxx=γ
Let x→x2 , we get∫∞0(11+x2−cosx2)dxx=12γ(1)-(2), we obtainγ2=∫∞0x−1(1+x)(1+x2)dx+I
∫∞0x−1(1+x)(1+x2)dx=∫10x−1(1+x)(1+x2)dx+∫∞1x−1(1+x)(1+x2)dx=∫10x−1(1+x)(1+x2)dx+∫101x−1(1+1x)(1+1x2)dxx2=∫10x−1(1+x)(1+x2)dx−∫10x−1(1+x)(1+x2)dx=0
Therefore,I=γ2
I=∫π0log(2sinx2)log(2cosx2)dx=∫π0(log22+log2log(sinx2cosx2)+(logsinx2)(logcosx2))=log2∫π0logsinxdx+∫π0(logsinx2)(logcosx2)dx=2log2∫π20logsinxdx+2∫π20(logsinx)(logcosx)dx
These two integrals are evaluated below:∫π20logsinxdx=14∂B∂x(12,12)=14B(12,12)(ψ(12)−ψ(1))=−π2log2∫π20(logsinx)(logcosx)dx=18∂2B∂x∂y(12,12)=18B(12,12)[(ψ(12)−ψ(1))2−ψ′(1)]=π8[4log22−ζ(2)]=π2log22−π348Hence,I=−π324
ψ(x)=∞∑n=−∞e−n2πx(x>0)Consider ∮CNe−z2πxe2πiz−1dzCN is the rectangle whose vertices are ±(N+12)±i.

Calculating the residues, let CN→C as N→∞ ,we obtainψ(x)=∮Ce−z2πxe2πiz−1dzSeparate the contour:ψ(x)=(∫∞−i−∞−i+∫∞+i∞−i+∫−∞+i∞+i+∫−∞−i−∞+i)e−z2πxe2πiz−1dzWe can easily prove the second and fourth integral tend to zero.
The first integral:∫∞−i−∞−ie−z2πxe2πiz−1dz=∫∞−i−∞−i∞∑n=1exp(−2πinz−z2πx)dz=∞∑n=1e−n2πx∫∞−i−∞−ie−πx(z+ni/x)2dx=1√x∞∑n=1e−n2π/x=1√x−1∑n=−∞e−n2π/xThe third integral in the same way: ∫−∞+i∞+ie−z2πxe2πiz−1dz=1√x∞∑n=0e−n2π/xHence,ψ(x)=1√xψ(1x)
Detailed explanation:
対数正弦積分の記事だよ!

I=∫∞0xb−1(1+xa)sdx
B(p,q)=∫10tp−1(1−t)q−1dt=∫∞0sq−1(1+s)p+qds(t=11+s)=a∫∞0xaq−1(1+xa)p+qdx(s=xa)Let p=s−ba , q=ba thenI=1aB(s−ba,ba)Hence,I=Γ(s−ba)Γ(ba)aΓ(s)
cos(sinx)−sin(cosx)=−2sin(1√2sin(x+π4)−π4)cos(1√2sin(x−π4)−π4)
−π2<−1√2−π4≤1√2sin(x±π4)−π4≤1√2−π4<0Therefore,sin(1√2sin(x+π4)−π4)<0cos(1√2sin(x−π4)−π4)>0Hence,cos(sinx)>sin(cosx)
∫∞0cosx−e−xxdx=0
Proof is here:
Excercise of Contour Integral (Combination of Real and Imaginary Axis)
I=∫∞0(√1+x4−x2)dx=∫∞0(1√1+x4+x4√1+x4−x2)dx=23∫∞0dx√1+x4−[x3−x√1+x43]∞0=23∫∞0dx√1+x4=16∫∞0t−34(1+t)12dt(t=x4)=16B(14,14)=Γ2(14)6√π
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