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Calcular

Estoy tratando de calcular la siguiente integral:

PS

Intenté el cambio habitual t = 1 / x pero no pude avanzar más.

¡Gracias!

6voto

Roger Hoover Puntos 56

$$\int_{1}^{\infty}\frac{\lceil x\rceil}{x^3}\,dx =\sum_{n\geq 1}\int_{n}^{n+1}\frac{n+1}{x^3}\,dx=\sum_{n\geq 1}\frac{2n+1}{2n^2(n+1)}=\color{red}{\frac{1}{2}+\frac{\pi^2}{12}} se mantiene por descomposición parcial de la fracción.

1voto

fleablood Puntos 5913

Si 1nx<1n1 entonces 1x=n . y 1n11nx1xdx=1n11nxndx=nx22|1n11n=n2(1(n1)21n2=n2(2n1n2(n1)2)=1(n1)212n(n1)2

Entonces 10x1xdx=n=21n11nx1xdx=n=2[1(n1)212n(n1)2]=n=1[1n212(n+1)n2]

1voto

dan_fulea Puntos 379

\begin{aligned}
\int_0^1x\cdot\left\lceil \frac{1}{x}\right\rceil\; dx
&=
\sum_{k\ge 1}
\int_{1/(k+1)}^{1/k}x\cdot
\underbrace{\left\lceil \frac{1}{x}\right\rceil}_{\in (k,k+1)\text{ a.e}} \;dx
\\
&=
\sum_{k\ge 1}
\int_{1/(k+1)}^{1/k}x\cdot
(k+1)\;dx
\\
&=
\sum_{k\ge 1}
(k+1)
\left[\ \frac 12 x^2\ \right]_{1/(k+1)}^{1/k}
\\
&=
\frac 12
\sum_{k\ge 1}
(k+1)
\left[\  \frac 1{k^2}-\frac 1{(k+1)^2}\ \right]_{1/(k+1)}^{1/k}
\\
&=
\frac 12
\sum_{k\ge 1}
\frac {2k+1}{k^2(k+1)}
\\
&=
\frac 12
\sum_{k\ge 1}
\frac k{k^2(k+1)}
+
\frac 12
\sum_{k\ge 1}
\frac {k+1}{k^2(k+1)}
\\
&=
\frac 12
\sum_{k\ge 1}
\left[
\frac 1k-\frac 1{k+1}\right]
+
\frac 12
\sum_{k\ge 1}
\frac 1{k^2}
\\
&=
\frac 12\cdot 1+\frac 12\cdot\frac{\pi^2}6\ .
\end {alineado}
Verificación de computadora, aquí PARI / GP:

 ? intnum( x=1.e-12, 1, x*ceil(1/x), 8 )
%12 = 1.3224146303918600341384604269228003273
? 1/2 + Pi^2/12
%13 = 1.3224670334241132182362075833230125946
 

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