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Utilizando los métodos de la integral compleja, evalúe esta integral real

Demostrar que $$I = \int_{-\infty}^{\infty}\frac{dx}{(x^2+1)^2} = \frac{\pi}{2}$$

Utilizando el mismo método de Cálculo de una integral real mediante integración compleja ,

*Except for the use of the Residue theorem because it's not covered*

Llegué a:

$$\lim_{R \to \infty}\int_\psi \frac{dz}{(z^2+1)^2} = \int_{-\infty}^\infty \frac{dx}{(x^2 + 1)^2}$$

Dónde $\psi$ es el mismo contorno tomado en la pregunta vinculada.

Ahora bien, si observamos que $$(z^2+1)^2 = (z-i)^2(z+i)^2$$ Y como tenemos un contorno simple y cerrado, podemos utilizar el Teorema de la Integral de Línea de Cauchy para las derivadas con $$z_0 = -i$$$$f(z) = \frac{1}{(z-i)^2}$$$$n = 1$$

Creo que esto es lo que hice mal, ya que $z_0$ no está en el interior del camino pero no estoy del todo seguro

Podemos demostrar que $$I = \frac{i\pi}{-2}$$

Por supuesto, las respuestas no coinciden. Lo que creo que salió mal, ¿es lo que realmente salió mal?

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Scott Harman Puntos 136

$-i$ no está en el interior del contorno, sino que $i$ es. Ahora, aplicamos la Fórmula Integral de Cauchy. Tenemos que $g(z) = \frac{1}{(z+i)^2}$ es analítica en una vecindad de $i$ . Entonces, por CIF (y su fórmula de derivación) tenemos $$g'(i) = \frac{1}{2\pi i} \int \frac{g(z)}{(z-i)^2} = \frac{-2}{(2i)^3} = \frac{-i}{4}.$$ Entonces, la integral se evalúa como $\frac{-i(2\pi i)}{4} = \frac{\pi}{2}$ .

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