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Könnte mir jemand zeigen, wie man diese Aufgabe berechnet?


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Berechnen Sie mithilfe des Residuensatzes das Integral \( \int \limits_{0}^{\infty} \frac{\sin ^{2} x}{1+x^{2}} d x \).

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\( I = \int \limits_{0}^{\infty} \frac{\sin ^{2} x}{1+x^{2}} d x = \frac 12 \int \limits_{-\infty}^{\infty} \frac{\sin ^{2} x}{1+x^{2}} d x\)

Mit \(\sin^2 x = \frac 12(1-\cos 2x) \) bekommen wir

\(I = \underbrace{\frac 14 \int_{-\infty}^\infty \frac 1{1+x^2}dx}_{I_1} - \underbrace{\frac 14\int_{-\infty}^\infty \frac{\cos 2x}{1+x^2}dx}_{I_2}\)

Beachte nun \(\cos 2x = \Re \left(e^{2ix}\right)\). Außerdem ist \(1+x^2 = (x+i)(x-i)\).

\(I_1\) kannst du per \(\arctan x\) direkt berechnen oder auch per Residuum:

\(I_1 = \frac 14\cdot 2\pi i Res_i\frac 1{(z-i)(z+i)} = \frac 12 \pi i \frac 1{2i} = \frac \pi4\)

\(I_2 = \frac 14 \Re \left(2\pi i Res_i \frac{e^{2iz}}{(z-i)(z+i)}\right)= \frac 14 \Re \left(2\pi i \frac{e^{-2}}{2i}\right) = \frac \pi4 e^{-2}\)

Also

\(I = \int \limits_{0}^{\infty} \frac{\sin ^{2} x}{1+x^{2}} d x = I_1 - I_2 = \frac\pi4(1-e^{-2})\approx 0.6791\)

Probe 1

Probe 2

Avatar von 11 k

Ah, okay. Danke dir. Ich habs mittlerweile versucht bisschen anders zu rechnen, aber kam auf das selbe Ergebnis wie du, also scheint es wohl korrekt zu sein. Also danke nochmal :)

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