Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 23. 11. 2020 23:19

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

Pro přehlednost jsem dal druhý integrál do jiného tématu.

Integrál: $\int_{0}^{1}\frac{x^{b}-x^{a}}{ln(x)}dx$

už vyřešený, ale nevím si moc rady s ověřením předpokladů záměny derivace a integrálu (derivací podle parametru).

1. předpoklad - měřitelnost funkce - integrand je složením spojitých funkcí, funkce by měla být i měřitelná

2. předpoklad - derivace podle parametru "b" konečná - vzhledem k tomu, že a, b > -1, je derivace, tedy x^b , konečná

3. předpoklad - integrovatelná majoranta - mám komentář, ale nejsem z něj moc chytrý:
$b_{0}>-1$ ... $x\in (0,1)$ a současně $0<x^{b}<x^{b_{0}}$, $x^{b_{0}}\in L(0,1)$, derivace funkce, tedy $x^{b}$ má integrovatelnou majorantu v $(b_{0},+\infty )$

4. předpoklad - integrovatelnost podle aspoň jednoho "a"

Tady si jsem nejméně jistý, jak co nejjednoduššeji zvolit "a", aby integrál měl konečnou hodnotu.


Uvítám jakoukoli radu, nápovědu.

Předem díky!

Offline

 

#2 24. 11. 2020 11:51 — Editoval krakonoš (24. 11. 2020 11:55)

krakonoš
Příspěvky: 1168
Reputace:   34 
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

Ahoj, ty tady vlastně máš příklad, kde figurují dva parametry a, b.
Kdybychom se soustředili na výpočet integrálu z funkce x^b/ln(x) kde x je z intervalu (0, 1), pak by podle mě šla zavést substituce ln(x)=y, následně pak z=-y, dostal by ses vlastně k integrálu z funkce exp(-z(b+1))/z na intervalu (0,nekonečno). Připadá mi, když vezmu b+1 jako parametr, že jde vlastně při derivaci podle parametru už toto spočítat. Souvisí to podle mě vlastně s Laplaceovou transformací, kde by obraz měl existovat, když tolimitně  jde k nule. Ale možná má někdo jiný názor na věc, ve škole jsme se to neučili, znám to jen z internetu.


tg(x) je funkcí života.Jednou jsi nahoře🗽, podruhé zas dole 🗿.

Offline

 

#3 24. 11. 2020 11:57

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

↑ krakonoš:

Ahoj, integrál mám snadno spočtený, stačí záměna derivace a integrace ("vsunutí derivace do integrálu) a je v podstatě hotovo. Zvolil jsem derivaci podle parametru "b".

Výpočet tedy snadný, ale zato těžké to ověření předpokladů, v tomto příkladu hlavně 3. a 4. předpoklad.

Offline

 

#4 24. 11. 2020 14:00 — Editoval krakonoš (24. 11. 2020 14:01) Příspěvek uživatele krakonoš byl skryt uživatelem krakonoš.

#5 24. 11. 2020 14:05

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

↑ krakonoš:

To vypadá rozumně, mohlo by to být uznáno jako ověření 3.předpokladu.

Offline

 

#6 24. 11. 2020 14:14 — Editoval krakonoš (24. 11. 2020 14:30)

krakonoš
Příspěvky: 1168
Reputace:   34 
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

Tam by to ještě zlobilo pro x blízké jedné, to by nebylo 1/|ln x|<1, to jsem si napoprvé neuvědomila.Tam se mi moc nezdá ten integrál pro meze epsilon, jedna., když si vezmu limitu x^b/(ln x), kde x jde k jedné.


tg(x) je funkcí života.Jednou jsi nahoře🗽, podruhé zas dole 🗿.

Offline

 

#7 24. 11. 2020 14:19

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

↑ krakonoš:

Myslím, že když je interval $x\in (0,1)$ otevřený, tak ta jednička by možná vadit nemusela.

Offline

 

#8 24. 11. 2020 14:43 — Editoval krakonoš (24. 11. 2020 14:58)

krakonoš
Příspěvky: 1168
Reputace:   34 
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

Když ale použiješ ty substituce lnx=y a následně z=-y, tak tě to dovede k integrálu exp(-bz)/z kde meze integralu jdou od nuly do nekonečna, ten bude ale divergovat, zlobí tam ta mez nula resp 1 v zadání toho originálního, to jsem si původně neuvědomila a přehlédla to při derivování. Takže tam budou hrát asi ty oba parametry a, b nějakou roli, bude se to muset vyšetřit asi jako celek.
Tak se omlouvám, nespočítala jsem si tu limitu, tam i ze zadání to je vlastně vidět.


tg(x) je funkcí života.Jednou jsi nahoře🗽, podruhé zas dole 🗿.

Offline

 

#9 24. 11. 2020 14:56 Příspěvek uživatele 2M70 byl skryt uživatelem 2M70.

#10 24. 11. 2020 15:12

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

Integroval jsem takto:

$I(a,b) = \int_{0}^{1}\frac{x^{b}-x^{a}}{ln(x)}dx$

$\frac{\partial I(a,b)}{\partial b}=\frac{\partial }{\partial b} \int_{0}^{1}\frac{x^{b}-x^{a}}{ln(x)}dx= \int_{0}^{1}\frac{\partial }{\partial b}\frac{x^{b}-x^{a}}{ln(x)}dx=\int_{0}^{1}\frac{x^{b}ln(x)}{ln(x)}dx=\int_{0}^{1}x^{b}dx=\frac{1}{b+1}$

$[I(a,b)]=\int_{}^{}\frac{1}{b+1}db=[ln(b+1)]$

$I(a,b) =ln(b+1)+K(a)$

$0=I(a,a) =ln(a+1)+K(a)\Rightarrow K(a)=-ln(a+1)$

$I(a,b) =ln(b+1)-ln(a+1)=ln\frac{b+1}{a+1}$

$a,b>(-1)$

Tolik výpočet, bez ověřování předpokladů.

Offline

 

#11 24. 11. 2020 19:41

krakonoš
Příspěvky: 1168
Reputace:   34 
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

Tento postup se dvěma parametrama mi nic neříká, ale u integrálu typu ( x^a-x^b)/ln x  si myslím, že už tam nebude problém s limitou pro x jdoucí k jedné, když bude vlastní, což je vlastně limita( (1+y)^b  -  (1+y)^a)/y kde y jde k nule, tak by vlastně už byla zaručena konvergence integrálu. Pak by šlo možná uvažovat po substitucích o integralu f(k)=integral ( ( exp(-bz)-exp(-az))* exp(-kz))/(-z) dz, kde meze integrálu jdou od nuly do nekonečna, derivací f'(k) použijeme pro výpočet integrálu podle parametru f'(k)=1/(b+k)  -   1/(a+k), po zintegrování ln |(b+k)/(a+k)|, kde k=1 ,řto by odpovídalo tvému výsledku.


tg(x) je funkcí života.Jednou jsi nahoře🗽, podruhé zas dole 🗿.

Offline

 

#12 24. 11. 2020 20:20

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

↑ krakonoš:

Právě že ten integrál je dělaný na výpočet záměnou derivace a integrálu - ten výpočet ale vyžaduje splnění 4 podmínek, uvedených v 1.příspěvku. To, že splněny jsou, vím, ale potřebuji to zdůvodnit a hlavně u té 3. a 4. moc nevím jak.

Offline

 

#13 24. 11. 2020 20:46 Příspěvek uživatele krakonoš byl skryt uživatelem krakonoš.

#14 24. 11. 2020 21:41 — Editoval krakonoš (24. 11. 2020 22:19)

krakonoš
Příspěvky: 1168
Reputace:   34 
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

Kdybych vyšla ze svého postupu, tak by stačilo zkoumat omezenost( e^-(bz)  -  e^-(az))/(-z) , bude to závislé zřejmě na rozdílu a-b, když si uvědomím limitu v nule a nekonečnu, v nekonečnu to jde k nule, stačilo by i uvažovat o integrálech od nuly do meze epsilon a o integrálu od epsilon do nekonečna, a u druhého použít omezenost....Potom u exp(-zk) si uvědomit, že parametr k používáme pro k=1,to by pak vedlo ke konvergenci integrálupro nějaké jedno k, jak píšeš ve 4.
Ten tvůj postup mi nedává moc logiku, protože vlastně derivuješ podle parametru půlku integrantu, ten integrál ale diverguje.
Co se týče 3) ,  ([exp(-bz)-exp(-az))/z] * (z/exp(kz)), první člen je omezen, u druhého si uvědomíme že potřebujeme integraci pro k=1, stačí aby k bylo z intervalu např (1/2;3/2), zároveň  platí i že exp(kz)>kz.
Tak nějak by to mohlo fungovat, ale to je jen moje představa, nezkoumala jsem to až moc detailně jestli jsem se někde nesekla.


tg(x) je funkcí života.Jednou jsi nahoře🗽, podruhé zas dole 🗿.

Offline

 

#15 24. 11. 2020 22:56

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

↑ krakonoš:

Počítám to tak, že derivuji podle "b", a "a" beru jako konstantu - proto derivováním vypadne.

Už trochu začínám chápat tu 4.podmínku, ale zrovna v tomhle případě to bude těžké - když mám logaritmus ve jmenovateli, integruje se obecně dost blbě. Potřebuji takové "b", abych měl konečný integrál na (0,1).

Offline

 

#16 24. 11. 2020 23:15 — Editoval krakonoš (24. 11. 2020 23:16)

krakonoš
Příspěvky: 1168
Reputace:   34 
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

AHA,
tam by vlastně možná i stačilo vzít třeba (x^b  -x^3  + x^3 -x^a )/ln x a to rozdělit na dva konvergentní integrály o parametrech a, b.
Já raději zvolila ten druhý postup.


tg(x) je funkcí života.Jednou jsi nahoře🗽, podruhé zas dole 🗿.

Offline

 

#17 24. 11. 2020 23:26

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

↑ krakonoš:

Ten postup se "vsunutím derivace dovnitř do integrálu" má právě sílu v tom, že umožňuje spočítat spoustu integrálů, které "normálně" zintegrovat nejde.

Ale mimochodem, zjistil jsem, že tenhle integrál lze alternativně spočítat pomocí Fubiniovy věty - trik s převedením na dvojný integrál, a následně "prohození" pořadí proměnných, podle kterých se integruje.

Nicméně, integrál už mám spočítaný derivací podle parametru a jde mi jen o ověření 3. a 4. podmínky, které k tomu musí být splněny.

Offline

 

#18 25. 11. 2020 21:15

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

Tak už mě napadá jedině

4. předpoklad - volba b = a, tím pádem x^b - x^a = 0, což je určitě z L (0,1)

3. přepoklad - integrovatelná majoranta k absolutní hodnotě z derivace podle parametru -

potřebuji $|x^{b}|\le x^{\delta }$, přitom $x\in (0,1)$. Napadá mě $\delta \in (1,\infty )$. Ale tím si vůbec nejsem jistý.

Offline

 

#19 26. 11. 2020 12:35

2M70
Příspěvky: 497
Reputace:   
 

Re: Záměna derivace a integrálu - ověření předpokladů - 2. integrál

↑ 2M70:

Když to rozeberu, roblém je už "jen"

4) zda mohu zvolit b = a, abych jednoduše získal nulu; případně jaké "b" zvolit nejlépe?

3) Jaká má být dolní mez pro $\delta \in (?,\infty )$

Mohl bych poprosit, zda by někdo neporadil s vyřešením těchto dvou problémů?

Předem díky!

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson