8 votos

Transformada de Laplace de la función de Bessel del primer tipo.

No puedo entender por qué mi evaluación de$\displaystyle \int_{0}^{\infty} J_{n}(bx) e^{-ax} \ dx \ (a,b >0, \ n=0,1,2, \ldots)$ está desactivada por un factor de$ \displaystyle \frac{1}{b}$.

PS

Dejar $$ \begin{align} \int_{0}^{\infty} J_{n}(bx) e^{-ax} \ dx &= \displaystyle \frac{1}{2 \pi} \int_{0}^{\infty} \int_{-\pi}^{\pi} e^{i(n \theta -bx \sin \theta)} e^{-ax} \ d \theta \ dx \\ &= \displaystyle \frac{1}{2 \pi} \int_{\pi}^{\pi} \int_{0}^{\infty} e^{i n \theta} e^{-(a+ib \sin \theta)x} \ dx \ d \theta \\ &= \displaystyle \frac{1}{2 \pi} \int_{-\pi}^{\pi} \frac{e^{i n \theta}}{a + ib \sin \theta} d \theta \end{align}$.

Entonces

PS

El integrand tiene polos simples en$z = e^{i \theta}$.

Pero solo el polo en$$ \begin{align} \int_{0}^{\infty} J_{n}(bx) e^{-ax} \ dx &= \frac{1}{2 \pi} \int_{|z|=1} \frac{z^{n}}{a+\frac{b}{2} \left(z-\frac{1}{z} \right)} \frac{dz} {iz} \\ &= \frac{1}{i\pi} \int_{|z|=1} \frac{z^{n}}{bz^{2}+2az-b} \ dx . \end{align}$ está dentro del círculo unitario.

Por lo tanto,

PS

5voto

George Puntos 11

Todo es correcto hasta su cálculo del residuo. Escriba$$bz^2+2az-b=b(z-z_+)(z-z_-)$ $ donde$$z_\pm=-\frac{a}{b}\pm\frac{\sqrt{a^2+b^2}}{b}$ $ como lo haya determinado. Ahora,$${\rm Res}\Bigg(\frac{z^n}{b(z-z_+)(z-z_-)};\quad z=z_+\Bigg)=\lim_{z\to z_+} (z-z_+)\frac{z^n}{b(z-z_+)(z-z_-)}$ $ y aquí obtiene el factor deseado de$1/b$.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X