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Expresiones para integrales de integrales no elementales

Funciones como $\frac1{\log x}$ no tienen primaria integrales en términos de funciones estándar, sino que son representados a través de la función de anotaciones, como $\mathrm{li}(x)$.

Eso es todo y bien, pero ¿cómo se puede obtener una expresión para la integral de estos nonelementary integrales?

Yo esperaría que no habría "ningún resultado que se encuentra en condiciones estándar de funciones matemáticas", pero WolframAlpha en realidad le da una expresión para el logarítmica de la integral:

$$\int \mathrm{li}(x)dx = x \, \mathrm{li}(x) - \mathrm{Ei}(2 \log x) + C.$$

(O $x \, \mathrm{li}(x) - \mathrm{li}(x^2) + C$, para una elección adecuada de dominio).

¿Cómo WolframAlpha obtener ese resultado? Hay una técnica especial que no me doy cuenta?

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Bladewood Puntos 91

En general, todavía hay a menudo no primaria la solución a este tipo de integrales.

En este caso, sin embargo, afortunadamente, no hay una forma relativamente sencilla para evaluar la integral de $\mathrm{li}(x)$, la participación de la integración por partes primero romper el nonelementary integral en el interior y a la esperanza de un camino para reorganizar en una forma más simple.

Así, utilizando integración por partes, nos encontramos con $$\int \mathrm{li}(x) \, dx = x \, \mathrm{li}(x) - \int \frac{x}{\log x} \, dx.$$

Podemos evaluar esta nueva integral mediante la sustitución de $u = \log x$, lo que conduce a $x = e^u$$dx = e^u \, du$.

\begin{align} \int \frac{x}{\log x} \, dx & = \int \frac{e^u}u e^u \, du \\ & = \int \frac{e^{2u}}u \, du. \end{align}

Esto es en sí mismo un nonelementary integral, pero un común especial existe una función que puede describir: la integral exponencial, $$\mathrm{Ei}(x) \equiv - \int_{-z}^\infty \frac{e^{-t}}t \, dt.$$

En este caso, sin embargo, estamos a sólo preocuparse de la integral indefinida, tan sólo tendremos que utilizar $$\mathrm{Ei}(x) \equiv \int \frac{e^x}x \, dx.$$

Así, el uso de esta, nuestra integral se convierte en con $v = 2u$ \begin{align} \int \frac{e^{2u}}u \, du & = \int \frac{e^v}{\frac{v}2} \, \frac{dv}2 \\ & = \int \frac{e^v}v \, dv \\ & = \mathrm{Ei}(v) \\ & = \mathrm{Ei}(2 \log x). \end{align}

Sustituyendo esto en nuestro original de la integral, obtenemos $$\int \mathrm{li}(x) \, dx = x \, \mathrm{li}(x) - \mathrm{Ei}(2 \log x) + C.$$

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James Arathoon Puntos 1

Al no ser un puro matemático no es en primer lugar obvio para mí que la integración por partes deben funcionar automáticamente para una función como $\text{li}(x)=\int_0^x \frac{1}{\log t} \,dt$ para los que no hay ninguna serie infinita expansión.

Se parece un poco más claro para mí en este caso para tomar la solución propuesta y el enfoque de este problema mediante la diferenciación de $x \,\text{li}(x)$ $\text{li}(x^2)$ (a pesar de que yo soy la diferenciación de una integral definida, que no es el caso normal):

$$\frac{d \,(x \,\text{li}(x))}{d x}=\text{li}(x)+\frac{x}{\log (x)}$$

A continuación, la reorganización y la integración de da

$$\int \text{li}(x) \, dx=x \,\text{li}(x)-\int \frac{x}{\log (x)} dx$$

y entonces a partir de la

$$\frac{d\, (\text{li}(x^2))}{d x}=\frac{2x}{\log (x^2)}=\frac{x}{\log (x)}$$

$$\int \frac{x}{\log (x)}\, dx= \text{li}(x^2)$$

Dando

$$\int \text{li}(x) \, dx=x \,\text{li}(x)-\text{li}(x^2)$$

A continuación, finalmente, la búsqueda de $\text{li}(x^2)$ en términos de la integral exponencial como en @Bladewood la respuesta.

[No estoy feliz con esto - es más riguroso para demostrar que esto sólo funciona cuando el límite inferior en el $\text{li}(x)$ función integral es constante?]

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