¿Cómo se demuestra esto? [Matemáticas] \ displaystyle \ int_0 ^ \ infty \ frac {\ sin {x}} {\ sqrt {x}} dx = \ int_0 ^ \ infty \ frac {\ cos {x}} {\ sqrt {x}} dx = \ sqrt \ frac {{\ pi}} {2} [/ math]?

Aquí hay otro enfoque:

Prerrequisitos:

Recordemos la definición de la transformación de Mellin:

[matemáticas] \ displaystyle \ mathcal {M} \ left \ {f (x) \ right \} = \ int_ {0} ^ {\ infty} x ^ {s-1} f (x) \, dx [/ math ]

Luego sigue el resultado estándar:

[matemáticas] \ displaystyle \ mathcal {M} \ left \ {\ dfrac {1} {1 + x ^ n} \ right \} \ biggr {|} _ {s = 1} = \ left (\ dfrac {\ pi } {n} \ right) \ csc \ left (\ dfrac {\ pi} {n} \ right) \ tag * {(1)} [/ math]

(Puede probarse usando la fórmula de reflexión de Euler)

Usando la integral gaussiana, es fácil observar que:

[matemáticas] \ displaystyle \ dfrac {1} {\ sqrt {t}} = \ dfrac {1} {\ sqrt {\ pi}} \ int _ {- \ infty} ^ {\ infty} e ^ {- tx ^ 2 } \, dx \ tag * {(2)} [/ math]

Finalmente, recuerde este resultado de integración estándar que se puede mostrar fácilmente utilizando la integración por partes:

[matemáticas] \ displaystyle \ int e ^ {- \ alpha t} \ sin \ beta t = – \ dfrac {e ^ {- \ alpha t}} {\ alpha ^ 2 + \ beta ^ 2} \ left [\ alpha \ sin \ beta t + \ beta \ cos \ beta t \ right] + C \ tag * {(3)} [/ math]

¡Integremos!

[matemáticas] \ displaystyle \ begin {align} \ int_ {0} ^ {\ infty} \ dfrac {\ sin t} {\ sqrt {t}} \, dt & = \ int_ {0} ^ {\ infty} \ sin t \, dt \ dfrac {1} {\ sqrt {\ pi}} \ int _ {- \ infty} ^ {\ infty} e ^ {- tx ^ 2} \, dx \, \, \, \, \ , \, \ text {[from (2)]} \\ & = \ dfrac {2} {\ sqrt {\ pi}} \ int_ {0} ^ {\ infty} \ int_ {0} ^ {\ infty} e ^ {- tx ^ 2} \ sin t \, dt \, dx \\ & = \ dfrac {2} {\ sqrt {\ pi}} \ int_ {0} ^ {\ infty} \ dfrac {1} { 1 + x ^ 4} \, dx \, \, \, \, \, \, \ text {[from (3)]} \\ & = \ dfrac {2} {\ sqrt {\ pi}} \ cdot \ dfrac {\ pi} {4} \ csc \ left (\ dfrac {\ pi} {4} \ right) \, \, \, \, \, \, \ text {[from (1)]} \\ & = \ sqrt {\ dfrac {\ pi} {2}} \ end {align} \ tag * {} [/ math]


Proceda de manera similar para [matemáticas] \ int_ {0} ^ {\ infty} \ frac {\ cos x} {\ sqrt {x}} [/ matemáticas] pero en su lugar use el otro resultado estándar:

[matemáticas] \ displaystyle \ int e ^ {- \ alpha t} \ cos \ beta t = \ dfrac {e ^ {- \ alpha t}} {\ alpha ^ 2 + \ beta ^ 2} \ left [\ beta \ sin \ beta t- \ alpha \ cos \ beta t \ right] + C \ tag * {} [/ math]

Aqui tienes :

La respuesta de Siddhant Das a ¿Cómo integro [matemática] \ displaystyle \ int ^ {\ infty} _0 \ frac {\ cos x} {\ sqrt {x}} \, dx [/ math]?

La respuesta de Siddhant Das a ¿Cómo evalúa [math] \ int _ {- \ infty} ^ \ infty \ sin (x ^ 2) \, dx [/ math]?

Por favor, compruebe la duplicación antes de publicar sus preguntas. Gracias.

Salud !

Deje [math] I_2 = \ displaystyle \ int_0 ^ {\ infty} \ dfrac {\ sin x} {\ sqrt {x}} \, dx [/ math], [math] I_1 = \ displaystyle \ int_0 ^ {\ infty } \ dfrac {\ cos x} {\ sqrt {x}} \, dx [/ math]

[matemáticas] \ displaystyle \ begin {align *} I_1 + i \ space I_2 & = \ int \ limits_0 ^ \ infty e ^ {ix} x ^ {1 / 2-1} \, dx \\ & = \ int \ límites_ {0} ^ {\ infty} e ^ {- (- ix)} x ^ {1 / 2-1} \, dx \\ & = \ frac {\ Gamma \ left (\ tfrac 12 \ right)} { (-i) ^ {1/2}} \ end {align *} \ tag * {} [/ math]
Ahora

[matemáticas] \ displaystyle (-i) ^ {1/2} = \ Bigr (\ cos \ left (- \ tfrac {\ pi} 2 \ right) + i \ sin \ left (- \ tfrac {\ pi} 2 \ right) \ Bigr) ^ {1/2} = \ frac {1-i} {\ sqrt2} \ tag * {} [/ math]

entonces

[matemáticas] \ displaystyle \ frac 1 {(- i) ^ {1/2}} = \ frac {1 + i} {\ sqrt2} \ implica I_1 + i \ space I_2 = \ sqrt {\ frac {\ pi} 2} (1 + i) \ etiqueta * {} [/ matemáticas]

Comparando partes reales e imaginarias que obtenemos;

[matemáticas] \ displaystyle I_1 = I_2 = \ sqrt {\ dfrac {\ pi} {2}} \ tag * {} [/ matemáticas]

Muchas gracias a Frank Wei por sugerir las ediciones necesarias para traer la respuesta en una forma más ‘ordenada’

Considerando la integral indefinida primero:

[matemáticas] \ displaystyle I = \ int \ frac {\ sin (x)} {\ sqrt {x}} dx [/ matemáticas]

Sustituyendo

[matemáticas] \ displaystyle u = \ sqrt {\ frac {2} {\ pi}} \ sqrt {x} \ implica du = \ sqrt {\ frac {2} {\ pi}} \ frac {1} {2 \ sqrt {x}} dx \ implica dx = \ sqrt {2} \ sqrt {\ pi} \ sqrt {x} [/ math] [math] du [/ math]

y [matemáticas] \ displaystyle u = \ sqrt {\ frac {2} {\ pi}} \ sqrt {x} \ iff \ frac {\ pi u ^ 2} {2} = x [/ matemáticas], para obtener

[matemáticas] \ displaystyle I = \ sqrt {2} \ sqrt {\ pi} \ int \ sin \ left (\ frac {1} {2} \ pi u ^ 2 \ right) du [/ math]

ahora tenemos la integral seno de Fresnel, así que tenemos

[matemáticas] \ displaystyle I = \ sqrt {2} \ sqrt {\ pi} S (u) + c [/ matemáticas]

y ahora, evaluando [matemáticas] I [/ matemáticas] entre los límites de la integral

(como [math] x \ to \ infty, u \ to \ infty [/ math]; como [math] x \ to 0, u \ to 0 [/ math])

[matemáticas] \ displaystyle I = {\ bigg [} \ sqrt {2} \ sqrt {\ pi} S (u) {\ bigg]} _ {0} ^ {\ infty} [/ math]

[matemáticas] \ displaystyle = \ sqrt {2} \ sqrt {\ pi} S (\ infty) – \ sqrt {2} \ sqrt {\ pi} S (0) [/ math]

[matemáticas] \ displaystyle = \ sqrt {2} \ sqrt {\ pi} \ left (S (\ infty) – S (0) \ right) [/ math]

de acuerdo con WolframAlpha, [math] \ displaystyle S (\ infty) – S (0) = \ frac {1} {2} [/ math], entonces tenemos

[matemáticas] \ displaystyle = \ sqrt {2} \ sqrt {\ pi} \ left (\ frac {1} {2} \ right) [/ math]

[matemáticas] \ displaystyle = \ sqrt {2} \ sqrt {\ pi} \ left (\ frac {1} {\ sqrt {2} \ sqrt {2}} \ right) [/ math]

[matemáticas] \ displaystyle = \ frac {\ sqrt {\ pi}} {\ sqrt {2}} [/ matemáticas]

[matemáticas] \ displaystyle = \ sqrt {\ frac {\ pi} {2}}. [/ matemáticas]

Utilice la misma sustitución y la integral de coseno de Fresnel para demostrar

[matemáticas] \ displaystyle \ int_ {0} ^ {\ infty} \ frac {\ cos (x)} {\ sqrt {x}} dx = \ sqrt {\ frac {\ pi} {2}}. [/ math ]