2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки


Правила форума


В этом разделе нельзя создавать новые темы.



Начать новую тему Ответить на тему
 
 Получаю расхождение с Mathcad-ом при взятии интеграла
Сообщение11.03.2009, 22:39 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


31/10/06
371
РФ, РК, г.Симферополь
Получаю расхождение с Mathcad-ом при взятии интеграла:
$\int\limits_{b'}^{b''} {\int\limits_{a'}^{a''} {\left( { - \frac{1}{2}} \right)\ln \left( {\left( {x - x_M } \right)^2  + \left( {y - y_M } \right)^2 } \right)dxdy} } $.
Рассмотрим неопределнный интеграл:
$\int {\ln \left( {\left( {x - x_M } \right)^2  + \left( {y - y_M } \right)^2 } \right)dx}  = \left( {\left( {x - x_M } \right)\ln \left( {\left( {x - x_M } \right)^2  + \left( {y - y_M } \right)^2 } \right) - 2\left( {x - x_M } \right) + 2\left( {y - y_M } \right)arctg\frac{{\left( {x - x_M } \right)}}{{\left( {y - y_M } \right)}}} \right)$
Первообразная взята из книги: Таблица интегралов и другие математические формулы. Г.Б. Двайт.
Далее, интегрируем по второй переменной три функции.
Первый и второй интеграл проблем не вызывают.
Рассмотрим отдельно третий интеграл
$\int {\left( {y - y_M } \right)arctg\frac{{\left( {x - x_M } \right)}}{{\left( {y - y_M } \right)}}dy} $ .
Для него Двайт первообразную не приводит. Поэтому производим замены:
сначала $z = \left( {y - y_M } \right)$, $a = \left( {x - x_M } \right)$. Получаем интеграл:
$\int {zarctg\frac{a}{z}dz } $
Теперь вводим новую замену:
${t = \frac{a}{z}}$, ${z = \frac{a}{t}}$, ${dz =  - \frac{a}{{t^2 }}dt}$.
Тогда переходим к интегралу:
$\int {\frac{a}{t}\left( { - \frac{a}{{t^2 }}} \right)arctgtdt} $.
Для последнего интеграла первообразную находим в той же книге:
$$\int {\frac{1}{{t^3 }}arctgtdt}  =  - \frac{1}{2}\left( {\frac{1}{{t^2 }} + 1} \right)arctgt - \frac{1}{{2t}}$$.
В итоге получаем результат такой:
$\int {\left( {y - y_M } \right)arctg\frac{{\left( {x - x_M } \right)}}{{\left( {y - y_M } \right)}}dy}  = \frac{1}{2}\left( {\left( {x - x_M } \right)^2  + \left( {y - y_M } \right)^2 } \right)arctg\frac{{\left( {x - x_M } \right)}}{{\left( {y - y_M } \right)}} + \frac{1}{2}\left( {x - x_M } \right)\left( {y - y_M } \right)$.
А Mathcad выдает следующее:
$\int {zarctg\frac{a}{z}dz = } \frac{1}{2}z^2 arctg\frac{a}{z} - \frac{1}{2}a^2 arctg\frac{z}{a} + \frac{1}{2}az$.
Подскажите в чем моя ошибка.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение12.03.2009, 00:23 
Заслуженный участник


26/12/08
678
$$
(\arctg(1/x)+\arctg x)'=0
$$

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение12.03.2009, 00:46 


30/01/09
194
Да. Типичная ситуация при взятии неопределенных интегралов. Получил одно. В ответе другое. И требуется усилие, чтобы понять, что это одно и то же.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение12.03.2009, 02:52 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


31/10/06
371
РФ, РК, г.Симферополь
ASA в сообщении #194341 писал(а):
Да. Типичная ситуация при взятии неопределенных интегралов. Получил одно. В ответе другое. И требуется усилие, чтобы понять, что это одно и то же.

Не все так просто. На самом деле имеем разные результаты при аналитическом расчете с мощью таблицы по Двайту и с помощью аппарата, используемого в Mathcad.
Проведя интегрирование по различным пределам и для различных фиксированных точек я увидел, что только в частном случае получаем одно и тожее. Но вряде случаев получаются разные резудьтаты.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение12.03.2009, 08:40 
Заслуженный участник


12/07/07
4522
$\int z\mathop{\mathrm{arctg}}\frac{a}{z}dz =  \frac{1}{2} (z^2 -a^2)\mathop{\mathrm{arctg}}\frac{a}{z}  + \frac{1}{2}az + C_1  = $ $\frac{1}{2}(z^2 + a^2) \mathop{\mathrm{arctg}}\frac{a}{z} + \frac{1}{2}az + C_2$,
т.е. неопределенные интегралы совпадают.

Укажите, пожалуйста, при каких значениях пределов интегрирования ответы отличаются.

Добавлено
Спасибо, ASA. «Упростил» при наборе и записал глупость. Должно было быть так:
$\int z\mathop{\mathrm{arctg}}\frac{a}{z}dz =  \frac{1}{2} (z^2 \mathop{\mathrm{arctg}}\frac{a}{z} -a^2 \mathop{\mathrm{arctg}}\frac{z}{a}) + \frac{1}{2}az + C_1  = $ $\frac{1}{2}(z^2 + a^2) \mathop{\mathrm{arctg}}\frac{a}{z} + \frac{1}{2}az + C_2$,
т.е. неопределенные интегралы совпадают.

 Профиль  
                  
 
 
Сообщение12.03.2009, 09:50 


30/01/09
194
Fgolm писал(а):
А Mathcad выдает следующее:
$\int {zarctg\frac{a}{z}dz = } \frac{1}{2}z^2 arctg\frac{a}{z} - \frac{1}{2}a^2 arctg\frac{z}{a} + \frac{1}{2}az$.
Подскажите в чем моя ошибка.

Полосин писал(а):
$$
(\arctg(1/x)+\arctg x)'=0
$$

Следовательно, $-\frac{1}{2}a^2 arctg\frac{z}{a}=\frac{1}{2}a^2 arctg\frac{a}{z}+C$, т.е. первообразные отличаются на константу и, значит, неопределенные интегралы совпадают, что и отметил(а) GAA, но у него(нее) опечатка.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 6 ] 

Модераторы: Модераторы Математики, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group