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Hellou, ich muss einige Integrale auf Konvergenz untersuchen und diese, falls konvergent, auch berechnen, andernfalls die Divergenz beweisen. Ich komme bei diesen zwei Integralen aber nicht weiter. Kann mir jemand weiterhelfen? :(


\( \int \limits_{0}^{1} \frac{1}{x \sqrt{1-x^{3}}} d x \)

\( \int \limits_{-\infty}^{\infty} x e^{-x^{2}} d x \)


Danke euch!!

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Aloha :)

Im ersten Fall lautet das Integrationsintervall \(0<x<1\). Daher gilt:$$x^3>0\implies -x^3<0\implies 1-x^3<1\implies\sqrt{1-x^3}<1\implies\frac{1}{\sqrt{1-x^3}}>1$$Das bedeutet für das Integral:$$\int\limits_0^1\frac{1}{x\sqrt{1-x^3}}\,dx=\int\limits_0^1\frac{1}{x}\,\frac{1}{\sqrt{1-x^3}}\,dx>\int\limits_0^1\frac 1x\,dx=\left[\ln x\right]_0^1=\ln(1)-\lim\limits_{x\to0}\left(\ln x\right)\to\infty$$Das Integral konvergiert also nicht.

Im zweiten Fall gilt, weil \((-2x)\) die innere Ableitung von \(e^{-x^2}\) ist:$$\int\limits_{-\infty}^\infty xe^{-x^2}\,dx=-\frac12\int\limits_{-\infty}^\infty (-2x)e^{-x^2}\,dx=-\frac12\left[e^{-x^2}\right]_{-\infty}^\infty=-\frac12\left(0-0\right)=0$$Das zweite Integral konvergiert und liefert den Wert \(0\).

Die Konvergenz des zweiten Integrals kann man auch mit der Punktsymmetrie des Integranden begründen, dann kannst du dir (je nach Leerkraft) vielleicht sogar die Rechnung sparen.

Avatar von 152 k 🚀

Wieso muss man das zweite Integral nicht auf zwei aufteilen? Es geht ja von -∞ bis +∞?

Die Stammfunktion \(-\frac12e^{-x^2}\) ist achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse, daher ist der Grenzwert für \(x\to-\infty\) derselbe wie für \(x\to+\infty\).

Die Konvergenz des zweiten Integrals kann man auch mit der Punktsymmetrie des Integranden begründen,

Wenn diese Begründung reichen würde, wäre auch \(\int_{-\infty}^{\infty}xdx\) konvergent - im Sinne eines uneigentlichen Integrals. (Daneben gibt es noch das Konzept des Cauchy-Hauptwerts, der wohl hier nicht gefragt ist.)

Daher ist auch die Bemerkung des Fragestellers berechtigt.

$$\int\limits_{-a}^ax\,dx=\left[\frac {x^2}{2}\right]_{-a}^a=\frac{a^2}{2}-\frac{(-a)^2}{2}=0$$

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