¿Qué es $\int_0^\infty\frac{x^{z-1}}{x+1} dx$?

Question

Yo estaba mirando a su alrededor en el internet para un simple(r) la prueba de la Gamma de la Reflexión de la Fórmula. He encontrado este: explicación Detallada de la Γ reflexión fórmula comprensible por un Cálculo AP estudiante, y no entiendo el último de la integración: $$\displaystyle\int\limits_0^\infty\frac{v^{z-1}}{v+1} dv$$

Alguien me puede ayudar? Explicaciones comprensibles por un Cálculo AP estudiante sería genial!

Answer 1

La división de la integral como $\int_0^\infty \frac{v^{z-1}}{1+v}\,dv=\int_0^1\frac{v^{z-1}}{1+v}\,dv+\int_1^\infty \frac{v^{z-1}}{1+v}\,dv$, y la aplicación de la subestación $v\to 1/v$ en la integral que se extiende desde $1$$\infty$, ampliando $\frac1{1+v}$$\sum_{n=0}^\infty (-1)^nv^n$, e intercambiando el orden de la serie y el integral, podemos escribir

$$\begin{align} \int_0^\infty \frac{v^{z-1}}{1+v}\,dv&=\int_0^1\frac{v^{z-1}}{1+v}\,dv+\int_1^\infty \frac{v^{z-1}}{1+v}\,dv\\\\ &=\int_0^1\frac{v^{z-1}+v^{-z}}{1+v}\,dv\\\\ &=\sum_{n=0}^\infty (-1)^n \int_0^1 (v^{n+z-1}+v^{n-z})\,dv\\\\ &=\sum_{n=0}^\infty (-1)^n\left(\frac{1}{n+z}+\frac{1}{n+1-z}\right) \tag 1\\\\ &=\frac{\pi}{\sin(\pi z)} \end{align}$$

donde he mostrado en el apéndice de ESTA RESPUESTA real utilizando los métodos de análisis sólo eso $(1)$ es la fracción parcial de expansión de $\pi \csc(\pi z)$.

Answer 2

$\newcommand{\bbx}[1]{\,\bbox[8px,border:1px groove armada]{\displaystyle{#1}}\,} \newcommand{\llaves}[1]{\left\lbrace\,{#1}\,\right\rbrace} \newcommand{\bracks}[1]{\left\lbrack\,{#1}\,\right\rbrack} \newcommand{\dd}{\mathrm{d}} \newcommand{\ds}[1]{\displaystyle{#1}} \newcommand{\expo}[1]{\,\mathrm{e}^{#1}\,} \newcommand{\ic}{\mathrm{i}} \newcommand{\mc}[1]{\mathcal{#1}} \newcommand{\mrm}[1]{\mathrm{#1}} \newcommand{\pars}[1]{\left(\,{#1}\,\right)} \newcommand{\partiald}[3][]{\frac{\partial^{#1} #2}{\parcial #3^{#1}}} \newcommand{\raíz}[2][]{\,\sqrt[#1]{\,{#2}\,}\,} \newcommand{\totald}[3][]{\frac{\mathrm{d}^{#1} #2}{\mathrm{d} #3^{#1}}} \newcommand{\verts}[1]{\left\vert\,{#1}\,\right\vert}$

Con $\ds{\pars{~\Re\pars{z - 1} > - 1\ \mbox{y}\ \Re\pars{z - 1} < 0~} \implica \bbx{\ds{0 < \Re\pars{z} < 1}}}$:

\begin{align} \int_{0}^{\infty}{v^{z - 1} \over v + 1}\,\dd v & \,\,\,\stackrel{t\ =\ 1/\pars{v + 1}}{=}\,\,\, \int_{1}^{0}t\,\pars{{1 \over t} - 1}^{z - 1}\pars{-\,{1 \over t^{2}}}\dd t = \int_{0}^{1}t^{-z}\,\pars{1 - t}^{z - 1}\,\dd t \\[5mm] & = {\Gamma\pars{-z + 1}\Gamma\pars{z} \over \Gamma\pars{1}} = \bbx{\ds{\pi \over \sin\pars{\pi z}}} \end{align}