由于自行车之旅的原因,这篇文章被搁置了一个星期,其实应该在一个星期前就把它写好的。这篇文章继续讲讲费曼积分法的一些例子。读者或许可以从这些不同类型的例子中,发现它应用的基本方向和方法,从而提升对它的认识。

例子2:

0sinxxdx

这也是一种比较常见的类型,它的形式为f(x)xdx,对于这种形式,我们的第一感觉就是将其改写成参数形式f(ax)xdx,这样的目的很简单,就是把分母给消去了,与xf(x)dx的求积思想是一致的。但是深入一点研究就会发现,纵使这样能够消去分母,使得第一次积分变得简单,但是到了第二次积分的时候,我们发现,它又会变回f(x)xdx的积分,使我们不能继续进行下去,因此这个取参数的方法大多数情况下都是不行的。

有一个神奇的方法,让我们将其变换成:

G(a)=0eaxsinxxdxf(x,a)=eaxsinxx

这样我们在原来的基础上增加了一块eax,其作用也是让我们把分母给消去了,因为

f(x,a)a=eaxsinx

所以
G(a)=0eaxsinxdx=1a2+1eax(asinx+cosx)|0=1a2+1
指数函数《积分表》

最后得到
G(a)=1a2+1da=arctana+C

a时,f(x,a)=0G(a)=0,得到C=π2。最终的结果是

0eaxsinxxdx=arctana+π2

所以
0sinxxdx=G(0)=π2

例子3:

在费曼所看的《高等微积分》中,有一个很典型的例子,它的求解过程结合了微分方程的知识。

已知0ex2dx=π2,求积分:u=0ex2a2x2dx

这个积分已经给出了参数a,我们不妨直接对该参数求导,看看会发生什么?

duda=0(ex2a2x2)adx=20ex2a2x2d(ax)

t=ax,则变成了
0ex2a2x2d(ax)=0et2a2t2dt

这个积分的形式和所求积分的形式完全一样,因为变量的符号(x,t)只是一个记号,积分本身和变量的符号无关,因此我们有把握地说
0et2a2t2dt=u

总的来说:duda=2u

解得:u=C×e2a,利用给出的已知条件,可以确定常数C=π2,所以

0ex2a2x2dx=π2×e2a

小结

费曼积分法的变换形式多种多样,捉摸不定,需要在实际应用中敢想、敢试,而且时常需要“灵光一现”,才能妙笔生花!也许正是它的这种灵活性,因此通常有意想不到的惊喜等着我们,或者正是这个原因,费曼对它情有独钟。

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苏剑林. (Jun. 23, 2012). 《费曼积分法——积分符号内取微分(3) 》[Blog post]. Retrieved from https://spaces.ac.cn/archives/1629

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        title={费曼积分法——积分符号内取微分(3)},
        author={苏剑林},
        year={2012},
        month={Jun},
        url={\url{https://spaces.ac.cn/archives/1629}},
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