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Una interesante integral definida 1

Cómo probar

  nN+,

In=10(1+x+x2+x3++xn1)2(1+4x+7x2++(3n2)xn1) dx=n3.


Yo:

Definir S(n)=n1k=0xk=1+x+x2+x3++xn1=xn1x1. A continuación, ddxS(n)=S(n)=1+2x+3x2+(n1)xn2=n1k=0kxk1.

Por lo tanto, In=10S2(n)(3S(n+1)2S(n)) dx =310S2(n)S(n+1) dx210S3(n) dx =310S2(n)(S(n)+nxn1) dx210S3(n) dx =310S2(n) d(S(n))+310S2(n)(nxn1) dx210S3(n) dx =n31+10S2(n)(3nxn12S(n)) dx =n31+10(xn1x1)2(3nxn12xn1x1) dx Así que la pregunta se convierte en:

Demostrar I=10(xn1x1)2(3nxn12xn1x1) dx=1.

I=103nxn1(xn1)2(x1)22(xn1)3(x1)3 dx =10(x1)2(ddx(xn1)3)2(xn1)3(x1)(x1)4 dx =10ddx((xn1)3(x1)2) dx =limx1(xn1)3(x1)2(0n1)3(01)2 I=1.
In=n3.


No DEBE haber otras MEJORES maneras de evaluar In.

Alguien podría darme alguna solución mejor? Gracias.

49voto

psychotik Puntos 171

Primero aplique la sustitución de x=t3. Entonces

In=10(1+t3++t3n3)2(1+4t3++(3n2)t3n3)3t2dt=103(t+t4++t3n2)2(1+4t3++(3n2)t3n3)dt.

Ahora vamos a u=u(t)=t+t4++t3n2. Entonces

3(t+t4++t3n2)2(1+4t3++(3n2)t3n3)=3u2dudt.

Por lo tanto

In=[u(t)3]t=1t=0=u(1)3u(0)3=n3.

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