欧拉积分性质及应用


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摘 要:现在我们很多时候解决问题的工具还是初等函数,这给我们的一些研究带来了很多不便。含参量积分是解决问题的另一重要工具,同时含参变量积分也是引进非初等函数,构造新函数的一个重要途径,欧拉积分就是在应用中经常出现的含参量积分表示的函数,它虽身为含参量积分的一种特例,但本身也是许多积分的抽象概括,能为相关积分的计算带来方便。欧拉积分在理论和实践上的地位仅次于初等函数,应用十分广泛。

关键词:含参量积分;欧拉积分;性质;应用

一、欧拉积分的基本知识

格马(Gamma)函数:Γ(s)=xs-1e-xdx,s>0.

贝塔(Beta)函数:B(p,q)=xp-1(1-x)q-1dx,p>0,q>0

(一)Γ函数的性质

1.定义域:Γ函数在s>0时收敛,即定义域为s>0.

2.连续性:在任何闭区间[a,b](a>0)上一致收敛,所以Γ(s)在s>0上连续。

3.可微性:

Γ(s)在s>0上可导,且Γ(1)(s)=xs-1e-xIn xdx,Γ(n)(s)=xs-1e-x(In x)ndx.

4.递推公式:Γ(s+1)若s为正整数n,则Γ(n+1)=n!

5.Γ(s)的其他形式:

令x=y2,就有Γ(a)=xa-1e-xdx=2y2a-1edy(a>0)

令x=py,则有Γ(a)=xa-1e-xdx=paya-1e-pydy(a>0,p>0)

特别地当时,并且有

6.余元公式:揭示了函数和三角函数的关系

7.倍元公式:

(二)B函数的性质

1.定义域:B(p,q)的定义域为p>0,q>0.

2.连续性:B(p,q)在p>0,q>0内连续.

3.对称性:B(p,q)=B(q,p)

4.递推公式:

B(p,q)=B(p,q-1)(p>0,q>1)

B(p,q)=B(p-1,q)(p>1,q>0)

B(p,q)=B(p-1,q-1)(p>1,q>1)

B(p,q)=B(p+1,q)B(p,q+1)(p>-1,q>-1)

5.B(p,q)的其他形式:

令x=cos2t

B(p,q)=2,特別的当p=q=,B(p,q)=B(,)=

令x=

B(p,q)=dt=dt+dt

6.余元公式:

特别的

(三)Γ函数与B函数之间的关系

当m,n为正整数时,反复应用B函数的递推公式可得:B(m,n)=

一般地,对于任何正实数p、q也有相同的关系:B(p,q)=

二、欧拉积分的应用

通过式子的变形将积分变成欧拉积分的形式,也可以利用换元法将未知积分化为欧拉积分,再利用欧拉积分的相关性质,计算出该积分的值。

(一)应用一直接将积分变成欧拉积分

1.求积分dx

解:原式=dx

==

2.求积分dx

解:原式=dx4=dx4=

3.求积分dx(a>0)

解:原式==

(二)应用二利用换元法将未知积分化为欧拉积分

1.求积分

解:设x3=t,则=

再作代换,即得

=

2.求积分(n>0)

解:设xn=t,

则=

应用三欧拉积分性质的应用(1)

求积分

解:设t=sinx,则=dt

再作代换t=,即得=

=

参考文献:

[1]华东师范大学数学系,《数学分析》[M],(上,下册)北京:高等教育出版社,2007.

[2]裴礼文.数学分析中的典型问题与方法[M].北京:高等教育出版社,1993.

[3]费定辉,周学圣等,吉米多维奇数学分析习题集题解(五)[M],济南:山东科学技术出版社,1999.

[4]钱吉林.数学分析题解精粹[M].崇文书局,2003.

(作者单位:河南师范大学)

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