Me llegó a través de un enfoque diferente en la prueba: $$\int_0^\infty \frac{\sin(x)}x\ dx=\frac{\pi}2$$ En primer lugar, recordemos la identidad: $$\sin(A)-\sin(B)=2\sin\left(\frac{A}2-\frac{B}2\right)\cos\left(\frac{A}2+\frac{B}2\right)$$ La aplicación de la identidad: $$A=kx+\frac{x}2\ \land\ B=kx-\frac{x}2$$ Obtenemos:$$\sin\left(kx+\frac{x}2\right)-\sin\left(kx-\frac{x}2\right)=2\sin\left(\frac{x}2\right)\cos\left(kx\right)\Rightarrow \\\cos\left(kx\right)=\frac{\sin\left(kx+\frac{x}2\right)-\sin\left(kx-\frac{x}2\right)}{2\sin\left(\frac{x}2\right)}$$ Utilizando el resultado anterior, se puede mostrar fácilmente que: $$\frac12+\cos(x)+\cos(2x)+\cdots+\cos(\lambda x)=\frac{\sin\left(\lambda x+\frac{x}2\right)}{2\sin\left(\frac{x}2\right)} \quad \text{where $\lambda \in \mathbb{N}$}$$ La integración de la última expresión: $$\int_0^\pi\frac{\sin\left(\lambda x+\frac{x}2\right)}{\sin\left(\frac{x}2\right)}\ dx=\int_0^\pi\left(1+2\cos(x)+2\cos(2x)+\cdots+2\cos(\lambda x)\right)\ dx=\pi$$ También podemos probar (desde $f(x)$ es continua en a $[0,\pi]$), el uso de Riemann-Lebesgue Lema, que: $$\lim_{\lambda\to\infty}\int_0^\pi\underbrace{\left(\frac2t-\frac1{\sin\left(\frac{t}2\right)}\right)}_{f(x)}\sin\left(\lambda t+\frac{t}2\right)dt=\lim_{\lambda\to\infty}\int_0^\pi\left(\frac{2\sin\left(\lambda t+\frac{t}2\right)}t-\frac{\sin\left(\lambda t+\frac{t}2\right)}{\sin\left(\frac{t}2\right)}\right)=0$$ Por lo tanto: $$\left(1\right)\ \lim_{\lambda\to\infty}\int_0^\pi\frac{2\sin\left(\lambda t+\frac{t}2\right)}t=\lim_{\lambda\to\infty}\int_0^\pi\frac{\sin\left(\lambda t+\frac{t}2\right)}{\sin\left(\frac{t}2\right)}=\pi$$ $$$$Volviendo al problema inicial: $$\\$$ Vamos a: $$x=\lambda t+\frac{t}2$$ Por lo tanto: $$\int_0^\infty \frac{\sin(x)}x\ dx \stackrel{\eqref{*}}=\frac12\lim_{\lambda\to\infty}\int_0^{\color{teal}{\pi}}\frac{2\sin\left(\lambda t+\frac{t}2\right)}{t}\ dt$$ Utilizando el resultado obtenido a partir de $(1)$:$$\int_0^\infty \frac{\sin(x)}x\ dx=\boxed{\frac{\pi}2}$$ $$$$ My question comes from $\color{color verde azulado}{(???)}$, Why is it correct to have $\pi$ instead of $\infty$ al cambiar los límites de integración?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?Que $x = (\lambda + \frac{1}{2}) t$. Entonces $\int_0^T \frac{\sin((\lambda + \frac{1}{2}) t)} \mathrm{d}t {t} = \int_0^{(\lambda + \frac{1}{2}) T} \frac{\sin(x)} {\frac {x} {\lambda + \frac{1}{2}}}\frac{\mathrm{d}x} {(\lambda + \frac{1}{2})}=\int_0^{(\lambda + \frac{1}{2}) T} \frac{\sin(x)} {x} \mathrm{d}x tener el $$: $$\lim_{\lambda\to\infty} \int_0^{(\lambda + \frac{1}{2}) T} \frac{\sin(x)}{x} \mathrm{d}x = \int_0^{\infty} \frac{\sin(x)}{x} \mathrm{d}x $ $
user254665
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