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La forma cerrada para $\int x^ne^{-x^m} \ dx\ ?$

Mientras entretiene a mí mismo por contestar a una pregunta, el siguiente problema que surgiera.

Para qué números naturales $n,m$ hace la siguiente integral indefinida tiene una forma cerrada

$$\int x^ne^{-x^m} \ dx\ ?$$

La forma cerrada significa que la antiderivada se compone sólo de los poderes de $x^{...}$$x$$e^{-x^{...}}$.

He creado la siguiente matriz muestra para los diferentes pares de $n$ $m$ la naturaleza de la antiderivada.

$$\begin{matrix} & m&1&2&3&4&5&6&7\\ n\\ 1&&\checkmark&\checkmark&\Gamma&\text{erf}&\Gamma&\Gamma&\Gamma\\ 2&&\checkmark&\text{erf}&\checkmark&\Gamma&\Gamma&\text{erf}&\Gamma&\\ 3&&\checkmark&\checkmark&\Gamma&\checkmark&\Gamma&\Gamma&\Gamma&\\ 4&&\checkmark&\text{erf}&\Gamma&\Gamma&\checkmark&\Gamma&\Gamma\\ 5&&\checkmark&\checkmark&\checkmark&\text{erf}&\Gamma&\checkmark&\Gamma\\ 6&&\checkmark&\text{erf}&\Gamma&\Gamma&\Gamma&\Gamma&\checkmark\\ 7&&\checkmark&\checkmark&\Gamma&\checkmark&\Gamma&\Gamma&\Gamma\\ \end{de la matriz}$$ $$$$ El $\checkmark$ signo representa una forma cerrada, "fer" señales de que la antiderivada contiene la función erf , y $\Gamma$ indica que la antiderivada contiene el superior incompleta $\Gamma$ función.

No tengo ni idea. ¿Alguien?

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Simple Art Puntos 745

Vamos a empezar con una simple sustitución de $x=u^{1/m}$. Esto nos da

$$I=\frac1m\int u^{(n+1)/m-1}e^{-u}\ du=\frac1m\gamma\left(\frac{n+1}m,x^m\right)+c$$

Este trivialmente ha cerrado las formas de $\frac{n+1}m\in\mathbb N$ debido a la integración por partes. De hecho, la comprobación de su mesa, que se corresponde con cada marca de verificación a la perfección.

Y sólo para que conste, al $k\in\mathbb N$,

$$\int x^ke^{-x}\ dx=-e^{-x}\sum_{n=0}^k(k-n)!x^n+c$$

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