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Un límite de mal uso de Wolfram Alpha

Quiero calcular el siguiente límite:

$$\displaystyle{\lim_{x \to 0} \cfrac{\displaystyle{\int_1^{x^2+1} \cfrac{e^{-t}}{t} \; dt}}{3x^2}}$$

Para eso, yo uso el de L'Hospital y el Teorema Fundamental del Cálculo, obteniendo los siguientes:

$$\displaystyle{\lim_{x \to 0} \cfrac{\displaystyle{\int_1^{x^2+1} \cfrac{e^{-t}}{t} \; dt}}{3x^2}}=\displaystyle{\lim_{x \to 0} \cfrac{\frac{e^{- x^2+1)}}{x^2+1} \cdot 2x}{6}}=\lim_{x \to 0} \cfrac{e^{-(x^2+1)}}{3(x^2+1)}=\cfrac{e^{-1}}{3}$$

Pero si tengo que calcular el límite en Wolfram Alpha, me sale el siguiente. Limit Wrong?

He calculado el límite también en Mathematica 8.0, y el resultado es el mismo: $\frac 13(\frac 1e-1) $ de Modo que, ¿cuál es mi error de calcular el límite?

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Hurkyl Puntos 57397

Algunas observaciones más en Mathematica del comportamiento: los rendimientos

$$ \frac{d}{dx} \int_1^{x} \frac{e^{-t}}{t} \, dt = \frac{e^{-x} - 1}{x} $$

restringido a $\Im(x) \neq 0$ o $\Re(x) \geq 0$. Pero cambiar las cosas ligeramente da

$$ \frac{d}{dt} \int \frac{e^{-t}}{t} \, dt = \frac{e^{-t}}{t}. $$

Originalmente tenía la sospecha de que había algo raro con la rama de corte: Mathematica calcula

$$ \int_1^x \frac{e^{-t}}{t} \, dt = -\mathrm{Ei}(-1) - \log(x) - \Gamma(0,x) $$

de nuevo restringido a $\Im(x) \neq 0 \v \Re(x) \geq 0$. Sin embargo:

  • El punto que nos interesa es lejos de la rama de la discontinuidad
  • Yo habría esperado de él para obtener la derivada de la derecha, incluso si no era raro rama problemas

(usando $x+1$ en la de arriba en vez de $x$ no hace ninguna diferencia cualitativa)

Sin límites, se calcula

$$ \int \frac{e^{-t}}{t} \, dt = \mathrm{Ei} (t) \color{color gris}{+ \mathrm{constante}}$$

Si usted cambia el integrando, se obtiene

$$ \frac{d}{dx} \int_0^x \frac{e^{-(u+1)}}{u+1} \, du = \frac{e^{-(u+1)}}{u+1} $$

y, en consecuencia,

$$ \lim_{y \to 0} \frac{ \int_0^y \frac{e^{-(u+1)}}{u+1} \, du }{3 y} = \frac{1}{3e} $$

(He sustituido $x^2 = y$ así que wolfram sería terminar el cálculo para mí. Esta sustitución no hacer una diferencia cualitativa en el original)

Creo que la diferencia clave es que en la primera versión, el punto de ramificación es de $t=0$, y Mathematica se centra en el comportamiento de allí-que es de por sí raro y extraño, porque es un punto de ramificación (y dado que no estoy seguro de si usando el resultado nos conduce a la informática algo correcto pero extraño, o algo mal definidos). Pero en la segunda versión, el punto de ramificación está en $u=-1$, pero Mathematica todavía se centra en $u=0$ para que llegue sana resultados.

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Jp McCarthy Puntos 6392

Mathematica es malo porque todo a la vista es positivo.

Por desgracia no puedo decir lo Mathematica está haciendo mal.

1voto

Shabaz Puntos 403

Para una simple comprobación de su respuesta, tenga en cuenta que el integrando en $t=1$ es $\frac 1e$ , continua y lentamente variar. La integral es muy cercano a los $\frac {x^2}e$, apoyando a su respuesta.

0voto

Anthony Shaw Puntos 858

Limit[Integrate[Exp[-t]/t, {t, 1, 1 + x^2}, Assumptions -> x \[Element] Reals]/(3 x^2), x -> 0] de los rendimientos de la correcta $\frac1{3e}$. Poniendo los supuestos acerca de la Limit en lugar de la Integrate devuelve el mismo errónea respuesta: $\frac13\left(-1+\frac1e\right)$

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