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Hallo nochmal!

Da mir eben schon mal so gut geholfen wurde, hoffe ich noch bei einer weiteren Aufgabe um Hilfe. Ich muss sie bis Montag abgeben. Und zwar soll ich aus dem Integral von 0 bis 1 über \(x^4(1-x)^4/(1+x^2)\) folgern, dass \(\pi<22/7\) ist. Ich habe versucht, das Integral auszurechnen, komme aber nie auf irgendeine Ungleichung.

Wäre nett, wenn mir jemand helfen könnte...

Liebe Grüße

Hans

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Aloha :)

Ein Integral mit so einem Nenner duftet stark nach der \(\arctan\)-Funktion. Über die kommt bestimmt \(\pi\) ins Spiel. Weiter fällt sofort auf, dass der Integrand für \(x=0\) und \(x=1\) null ist, aber für alle anderen \(x\)-Werte dazwischen positiv ist. Daher ist das gesamte Integral positiv. Damit haben wir eine Ungleichung.

Langer Rede kurzer Sinn, am einfachsten rechnen wir das Integral aus:

$$0<\int\limits_0^1\frac{x^4(1-x)^4}{1+x^2}\,dx=\int\limits_0^1\frac{x^4(1-4x+6x^2-4x^3+x^4)}{1+x^2}\,dx$$

Statt einer Polynomdivision werfen wir einen genaueren Blick auf den Zähler: $$\phantom{=}x^8-4x^7+6x^6-4x^5+x^4$$$$=x^8+6x^6-4x^7-4x^5+x^4$$$$=(x^8+x^6)+5x^6-(4x^7+4x^5)+\underbrace{5x^4-4x^4}_{=x^4}$$$$=(x^8+x^6)+(5x^6+5x^4)-(4x^7+4x^5)-4x^4\,\underbrace{-4x^2+4x^2}_{=0}\,+\,\underbrace{4-4}_{=0}$$$$=(x^8+x^6)+(5x^6+5x^4)-(4x^7+4x^5)-(4x^4+4x^2)+(4x^2+4)-4$$$$=x^6(x^2+1)+5x^4(x^2+1)-4x^5(x^2+1)-4x^2(x^2+1)+4(x^2+1)-4$$

Damit wird unsere Integral-Ungleichung zu:$$0<\int\limits_0^1\left(x^6-4x^5+5x^4-4x^2+4-\frac{4}{1+x^2}\right)\,dx$$$$0<\left[\frac{x^7}{7}-\frac{2}{3}x^6+x^5-\frac{4}{3}x^3+4x-4\arctan(x)\right]_0^1$$$$0<\frac{1}{7}-\frac{2}{3}+1-\frac{4}{3}+4-4\cdot\frac{\pi}{4}=\frac{3-14+21-28+84}{21}-\pi=\frac{66}{21}-\pi$$$$\pi<\frac{22}{7}$$

Avatar von 152 k 🚀

T: hast Du das in 11 Minuten berechnet und eingetippt? Klasse!

Ja, ich war der erste, der die Aufgabe gelesen hat, zumindest stand bei "Aufrufe" eine \(1\). Sie war ja auch nicht besonders schwierig, einfach nur gerade runterrechnen...

Ich habe eine Gaming-Tastatur, da habe ich mir eine Mathelounge-Belegung mit ein paar Makro-Tasten eingerichtet:

\frac{ }{ }

\underbrace{ }_{\text{ }}

\left( \right)

\int\limits_^

\begin{array}{c} \end{array}

\operatorname{ }

und so weiter, was man halt oft braucht.

Auch damit finde ich es noch beachtlich.

Gruß

Vielen Dank, alles verstanden!

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