Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Moderators: dirkwb, Xilvo

Gebruikersavatar
Berichten: 768

Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Hallo iedereen,

De vraag is of
\(\int_0^\infty \frac{sin(x)}{x} dx\)
absoluut convergeert of niet. Hiervoor zou ik dus de convergentie test willen gebruiken. Die zegt dat de integraal convergeert als
\(\alpha\)
>1 en K>=0 bij de limiet:
\($\lim_{x \to \infty} \frac{sin(x)}{x}*x^\alpha $ = K\)
ik wil die limiet uitrekenen en om het me gemakkelijk te maken gooi ik het in maple. Ik doe dit in maple:

> limit(x^(3/2)*(sin(x)/x),x=infinity);

Maar hij geef undefined terug. Ik beluit hieruit dat de limiet niet bestaat en dat de oneingelijke integraal dus zeker niet absoluut convergeert. Aangezien dit een voorbeeld oef was, staat ze ook in de cursus uitgewerkt. Maar daar pakken ze het anders aan. Eerst gaan ze partieel afleiden en dan gaan ze daar de convergentietest op toepassen met als resultaat dat die die integraal wel convergeert (verder blijkt dan niet absoluut, maar betrekkelijk). Ik begrijp wel wat daar gebeurt, maar niet waarom. Waarom mag je niet werken zoals ik doe?
Het Wetenschapsforum heeft ook een facebook pagina!

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Kun je die test wat exacter formuleren?

Nu, los daarvan, volgens mij pak je het moeilijker aan dan nodig (of moet je die test gebruiken?).
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 768

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Zo staat het in mijn cursus:

Stelling 2.2

Onderstel dat een functie f integreerbaar is over [a,P] voor alle P>a, en een vast positief teken bezit in [a,+
\(\infty\)
] op een verzameling van maat nul na. Indien
\($\lim_{x \to +\infty} f(x)*x^\alpha $ = K\)
dan zal
\(\int_a^\infty f\)
(i) convergeren als
\(\alpha\)
> 1 en K>=0;

(ii) divergeren als
\(\alpha\)
<=1 en K > 0 of K = +
\(\infty\)
;

Je kan dat natuurlijk ook anders gaan bewijzen, maar de bedoeling is natuurlijk wel om gebruik te maken van deze stelling.
Het Wetenschapsforum heeft ook een facebook pagina!

Gebruikersavatar
Berichten: 768

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Oke, ik heb gevonden waarom je hier niet zomaar de convergentietest kan op toepassen. De functie moet namelijk overal in dat interval een positief teken bezitten. Maar uiteindelijk bezit
\(\frac{cos(x)}{x^2}\)
toch niet overal in dat interval een positief teken? In bijlage vinden jullie het voorbeeld uitgewerkt.
Bijlagen
SCAN0023.JPG
SCAN0023.JPG (165.12 KiB) 848 keer bekeken
SCAN0023.JPG
SCAN0023.JPG (165.12 KiB) 903 keer bekeken
Het Wetenschapsforum heeft ook een facebook pagina!

Gebruikersavatar
Berichten: 7.390

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Opmerking moderator

Verplaatst naar analyse.
"C++ : Where friends have access to your private members." Gavin Russell Baker.

Berichten: 7.068

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Ik denk dat ze stelling 2.2 niet direct toepassen, maar gebruik maken van:
\(\left|\frac{\cos(x)}{x^2}\right| \leq \left|\frac{1}{x^2}\right|\)
Aangezien de integraal van de rechter term convergeert zal de integraal van de linker dat ook moeten doen.

Gebruikersavatar
Berichten: 768

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Zo had ik het nog niet bekeken. Waarom doen ze dan niet direct hetzelfde met
\(\left|\frac{\sin(x)}{x}\right| \leq \left|\frac{1}{x}\right|\)
? Dit zal geen convergentie opleveren.
Het Wetenschapsforum heeft ook een facebook pagina!

Berichten: 7.068

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

De integraal over
\(\left|\frac{1}{x}\right|\)
divergeert. Dat er een andere functie steeds onder deze functie ligt, zegt niks over over die functie convergeert of divergeert.

Als
\(\left|f(x)\right| < \left|g(x)\right|\)
en g convergeert dan zal f ook moeten convergeren.

Als
\(\left|f(x)\right| > \left|g(x)\right|\)
en f divergeert dan zal g ook moeten divergeren.

In de overige gevallen volgt er niks uit.

Gebruikersavatar
Berichten: 768

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

ochja tuurlijk, waar zat ik met mijn gedachten :roll: . Bedankt!
Het Wetenschapsforum heeft ook een facebook pagina!

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Begrijp je nu ook waarom onderaan je blad de conclusie volgt dat die integraal divergeert? Hint: wat weet je van
\(\sum_{n \in \nn} \frac{1}{n}\)
?
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 768

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Toen hadden we reeksen nog niet gezien, maar dat is de harmonische reeks en die is divergent. Ik snap wel niet waarom je hier reeksen bij betrekt. Ik zat echter meer in deze richting te denken: 0 < u < Pi als je dus Pi vervangt door u, dan wordt je breuk kleiner want je deelt dan door een groter getal. Als je integreert blijft deze ongelijkheid behouden.
Het Wetenschapsforum heeft ook een facebook pagina!

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

\(\int_{0}^{+ \infty} \left|\frac{\sin(x)}{x}\right| dx= \sum_{n \in \nn} \int_{n \pi}^{(n+1) \pi} \left|\frac{\sin(x)}{x}\right| dx > \frac{2}{\pi}\sum_{n \in \nn} \frac{1}{n + 1}\)
.

Dit is modulo een (over)typfout ;) .
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 768

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Ik ga nu waarschijnlijk een domme vraag stellen, maar hoe kom je aan die achterste reeks? Is dat een die je vanbuiten moet weten?
Het Wetenschapsforum heeft ook een facebook pagina!

Gebruikersavatar
Berichten: 10.179

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Nee. Die reeks komt toch naar voren in jouw afbeelding (bijna helemaal onderaan)? Ik ben er nu gewoon wat rapper doorheen gegaan.
Zoek je graag naar het meest interessante wetenschapsnieuws? Wij zoeken nog een vrijwilliger voor ons nieuwspostteam.

Gebruikersavatar
Berichten: 768

Re: Convergentietest oneigelijke integraal sin(x)/x

Is dat niet gewoon de uitwerking van die integraal?
Het Wetenschapsforum heeft ook een facebook pagina!

Reageer