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Forma cerrada para la integral $\int_0^\infty \frac{dx}{\sqrt{(x+a)(x+b)(x+c)(x+d)}}$

Vamos a considerar la función definida por la integral:

$$R(a,b,c,d)=\int_0^\infty \frac{dx}{\sqrt{(x+a)(x+b)(x+c)(x+d)}}$$

Estoy interesado en el caso de $a,b,c,d \in \mathbb{R}^+$. Obviamente, la función es simétrica en todos los cuatro parámetros.

Esta función tiene muy buenas propiedades.

$$R(ka,kb,kc,kd)=\frac{1}{k} R(a,b,c,d)$$

Por lo tanto:

$$R(a,a,a,a)=\frac{1}{a}$$

Además:

$$R(a,a,b,b)=\frac{\ln a-\ln b}{a-b}$$

Este es el recíproco de la media logarítmica de los números de $a$$b$.

Para el caso de $R(a,a,b,c)$ podemos utilizar la sustitución de Euler para obtener:

$$R(a,a,b,c)=2 \int_{\sqrt{bc}-a}^{\frac{b+c}{2}-a} \frac{dt}{t^2-(a-b)(a-c)}=$$

$$=\frac{1}{\sqrt{(a-b)(a-c)}} \left( \ln \frac{\sqrt{(a-b)(a-c)}+\sqrt{bc}-a}{\sqrt{(a-b)(a-c)}-\sqrt{bc}+a}-\ln \frac{\sqrt{(a-b)(a-c)}+\frac{b+c}{2}-a}{\sqrt{(a-b)(a-c)}-\frac{b+c}{2}+a} \right)$$


Tal y como yo lo veo, esta función está profundamente relacionada a varios medios (se puede ver la aritmética, geométrica y logarítmica medios representados en las expresiones anteriores).

Hay una forma cerrada para el caso general de $R(a,b,c,d)$$a,b,c,d \in \mathbb{R}^+$? Tal vez, en términos de funciones hipergeométricas o elíptica integrales?

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David H Puntos 16423

Sugerencia:

Asumir que $0<a<b<c<d$. Uso de la mágica transformación lineal fraccional,

$$\frac{\left(d-b\right)\left(x+a\right)}{\left(d-a\right)\left(x+b\right)}=t,$$

obtenemos:

$$\begin{align} R{\left(a,b,c,d\right)} &=\int_{0}^{\infty}\frac{\mathrm{d}x}{\sqrt{\left(x+a\right)\left(x+b\right)\left(x+c\right)\left(x+d\right)}}\\ &=\small{\int_{\frac{a\left(d-b\right)}{b\left(d-a\right)}}^{\frac{d-b}{d-a}}\frac{\mathrm{d}t}{\sqrt{\frac{\left(d-a\right)\left(b-a\right)t}{\left(d-b\right)-\left(d-a\right)t}\cdot\frac{\left(d-b\right)\left(b-a\right)}{\left(d-b\right)-\left(d-a\right)t}\cdot\frac{\left(d-a\right)\left(d-b\right)\left(1-t\right)\left[\left(d-b\right)\left(c-a\right)-\left(d-a\right)\left(c-b\right)t\right]}{\left[\left(d-b\right)-\left(d-a\right)t\right]^{2}}}}\cdot\frac{\left(d-a\right)\left(d-b\right)\left(b-a\right)}{\left[\left(d-b\right)-\left(d-a\right)t\right]^{2}}}\\ &=\int_{\frac{a\left(d-b\right)}{b\left(d-a\right)}}^{\frac{d-b}{d-a}}\frac{\mathrm{d}t}{\sqrt{t\left(1-t\right)\left[\left(d-b\right)\left(c-a\right)-\left(d-a\right)\left(c-b\right)t\right]}}\\ &=\frac{1}{\sqrt{\left(d-b\right)\left(c-a\right)}}\int_{\frac{a\left(d-b\right)}{b\left(d-a\right)}}^{\frac{d-b}{d-a}}\frac{\mathrm{d}t}{\sqrt{t\left(1-t\right)\left[1-\frac{\left(d-a\right)\left(c-b\right)}{\left(d-b\right)\left(c-a\right)}t\right]}}.\\ \end {Alinee el} $$

El resto es bastante sencillo. ¿Puede tomarlo desde allí?

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