■ベルヌーイ積分とオイラー積分(その3)

【1】ベルヌーイ積分

  I(m,m)=∫x^m(lnx)^mdx

=x^m+1/(m+1)Σ(-1)^km!(lnx)^m-k/(m-k)!(m+1)^k

=x^m+1/(m+1){(lnx)^m-m(lnx)^m-1/(m+1)+・・・}

[m=0]∫dx=x

[m=1]∫xlnxdx=x^2/2・lnx-1/2^2・x^2

[m=2]∫(xlnx)^2dx=x^3/3・(lnx)^2-2x^3/3^2・(lnx)+2/3^3・x^3

[m=3]∫(xlnx)^3dx=x^4/4・(lnx)^3-3x^4/4^2・(lnx)^2+3!x^4/4^3・(lnx)-3!/4^4・x^4

[m=4]∫(xlnx)^4dx=x^5/5・(lnx)^4-4x^5/5^2・(lnx)^3+4!x^5/5^32!・(lnx)^2-4!x^5/5^4・(lnx)+4!/5^5・x^5

 奇跡的相殺というよりも,x→+0のとき,limx^m(lnx)^n=0であることが効いて,

  ∫(0,1)x^xdx=1-1/4+1/2!(2!/3^3)-1/3!(3!/4^4)+1/4!(4!/5^5)-・・・

=1-1/2^2+1/3^3-1/4^4+1/5^5-・・・

=Σ(-1)^k+1/k^k

=0.7834305108

だ残ったようである.

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【2】オイラー積分

[m=2]∫(0,1)(lnx)^2dx=2!

[m=4]∫(0,1)(lnx)^4dx=4!

[m=6]∫(0,1)(lnx)^6dx=6!

より,

  ∫(0,1)sin(lnx)dx/lnx=1-2!/3!+4!/5!-6!/7!+・・・

=1-1/3+1/5+1/7+・・・(ライプニッツ級数)

=π/4

[補]arctanx=x-x^3/3+x^5/5-x^7/4+・・・

において,x=1とすると

  1-1/3+1/5+1/7+・・・=π/4

が得られる.

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