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Cuando es que $\int_{0}^{x} fg=\left(\int_{0}^{x} f\right)\left(\int_0^x g\right)$

Me preguntaba cuando sostuvo que

$$\int\limits_0^x fg=\left(\int\limits_0^xf\right)\left(\int\limits_0^xg\right)$$


Vamos

$$P:= x \mapsto \int\limits_0^x fg$$ $$F:= x \mapsto \int\limits_0^x f$$ $$G:= x \mapsto \int\limits_0^x g$$

La igualdad se convierte en $$P=FG$$


Obviamente $f\equiv 0$ o $g\equiv 0$ son soluciones.

Pero hay otras soluciones?


Si la búsqueda de soluciones de la forma

$$f(x)=\sum_{n=0}^{+\infty} a_nx^n$$ $$g(x)=\sum_{n=0}^{+\infty} b_nx^n$$

Usted obtener

$$fg(x)=\sum_{n=0}^{+\infty} c_nx^n$$ $$P(x)=\sum_{n=0}^{+\infty}C_nx^n$$ $$F=\sum_{n=0}^{+\infty} A_n x^n$$ $$G=\sum_{n=0}^{+\infty} B_n x^n$$ $$FG(x)=\sum_{n=0}^{+\infty} D_n x^n$$

donde

$$\forall n \in \Bbb N, c_n=\sum_{k=0}^na_kb_{n-k}$$ $$\forall n \in \Bbb N^*, C_{n} = \cfrac{c_{n-1}}{n} = \cfrac{1}{n}\left(\sum_{k=0}^{n-1}a_kb_{n-k-1}\right)\text{ and } C_0 = 0$$ $$\forall n \in \Bbb N^*, A_{n} = \cfrac{a_{n-1}}{n}\text{ and } A_0 = 0$$ $$\forall n \in \Bbb N^*, B_{n} = \cfrac{b_{n-1}}{n}\text{ and } B_0 = 0$$ $$\forall n \in \Bbb N, D_{n} = \sum_{k=0}^nA_kB_{n-k}=\sum_{k=1}^{n-1}A_kB_{n-k}=\sum_{k=1}^{n-1}\cfrac{a_{k-1}}{k}\cfrac{b_{n-k-1}}{n-k}$$

Y la igualdad se convierte en

$$\forall n \in \Bbb N, C_n=D_n$$

Siempre tenemos que $$C_0=0=D_0$$

Pero también tenemos $$0=D_1=C_1=a_0b_0$$. Since the problem is symmetric in $f$ and $g$ and hence in $a_n$ and $b_n$, we can assume WLOG that $a_0=0$.

Que da $$C_{n} = \cfrac{1}{n}\left(\sum_{k=1}^{n-1}a_kb_{n-k-1}\right)$$

Entonces, la igualdad se convierte en

$$\forall n\in \Bbb N, \cfrac{1}{n}\left(\sum_{k=1}^{n-1}a_kb_{n-k-1}\right)=\sum_{k=1}^{n-1}\cfrac{a_{k-1}}{k}\cfrac{b_{n-k-1}}{n-k}$$

Y entonces no estoy seguro de lo que debo hacer...

Y también me gustaría saber si hay soluciones que no son de este formulario.

Gracias de antemano por sus respuestas.

5voto

Scott McClung Puntos 171

Para funciones analíticas, como Ma Ming ha señalado, sólo la solución trivial es posible. Sin embargo, hay otras funciones que trabajan para resolver el problema, tales como los basados en torno a exigir que, en cualquier momento, una de las dos integrales de la izquierda debe ser cero. Como tal, este par de funciones continuas va a satisfacer la integral de la relación:

$$ f(x)=\begin{cases}\sin(x)&0<x<2\pi\\0&\text{otherwise}\end{casos}\\ g(x)=\begin{cases}x-2\pi&x>2\pi\\0&\text{otherwise}\end{casos} $$ Esto funciona debido a que $f(x)g(x)=0$ y, por $x\leq2$, $\int_0^x g(x)dx = 0$ y $\int_0^x f(x)g(x)dx = 0$, mientras que para $x>2$, $\int_0^x f(x)dx = 0$ y $\int_0^x f(x)g(x)dx = 0$.

EDIT: de Hecho, uno puede construir en todas partes-suave funciones que satisfacen la relación completa. Considere la función: $$ k(x)=\begin{cases}e^{-\frac{1}{x(1-x)}}&0<x<1\\0&\text{otherwise}\end{casos} $$ Ahora, $k(x)$ está en todas partes-suave, infinitamente diferenciable en cada punto. Podemos utilizar esta función para construir algunas de las interesantes funciones que satisface la relación completa. La primera cosa a tener en cuenta es que $$ \int_0^2 k(x-1)-k(x)dx=0 $$ Ahora, si dejamos $\bar x = x-4\lfloor x/4\rfloor$, y tomar $$ f(x)=\left[k(\bar x-1)-k(\bar x)\right]\times\\ g(x)=\left[k(\bar x-3)-k(\bar x-2)\right]\times B $$ donde $A$ $B$ son constantes, entonces tenemos dos las funciones lisas, ninguno de los cuales es cero en un intervalo mayor que 2, que satisfacen la relación completa. Más complicado suave funciones también pueden ser creados sobre esta base.

4voto

JarrettV Puntos 9099

La diferenciación llegamos $fg=Fg+Gf$ o $ Fg=f(g-G)=F'(g-G)$ o $\frac{F'}{F}=\frac{g}{g-G}$, por lo que $$F=\pm C\exp \int \frac{g}{g-G}.$$ Ahora insertar posible $G$ a ver lo que sucede realmente. Como el comentario de abajo señalado, $F(0)=0$, lo $C=0$, no es no trivial de la solución...

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