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一些涉及正弦、余弦、指数与对数积分的非初等积分的计算:第一部分

经典分析与常微分方程 2018-08-02 v2

摘要

非初等积分 Siβ,α=[sin(λxβ)/(λxα)]dx,β1,αβ+1\text{Si}_{\beta,\alpha}=\int [\sin{(\lambda x^\beta)}/(\lambda x^\alpha)] dx,\beta\ge1,\alpha\le\beta+1Ciβ,α=[cos(λxβ)/(λxα)]dx,β1,α2β+1\text{Ci}_{\beta,\alpha}=\int [\cos{(\lambda x^\beta)}/(\lambda x^\alpha)] dx, \beta\ge1, \alpha\le2\beta+1,其中 {β,α}R\{\beta,\alpha\}\in\mathbb{R},用超几何函数 1F2_{1}F_22F3_{2}F_3 进行计算,并推导了它们在 x1|x|\gg1 时的渐近表达式。形如 [sinn(λxβ)/(λxα)]dx\int [\sin^n{(\lambda x^\beta)}/(\lambda x^\alpha)] dx[cosn(λxβ)/(λxα)]dx\int [\cos^n{(\lambda x^\beta)}/(\lambda x^\alpha)] dx 的积分(其中 nn 为正整数)用 Siβ,α\text{Si}_{\beta,\alpha}Ciβ,α\text{Ci}_{\beta,\alpha} 表示,然后进行计算。Siβ,α\text{Si}_{\beta,\alpha}Ciβ,α\text{Ci}_{\beta,\alpha} 也用超几何函数 2F2_{2}F_2 进行计算。由此,超几何函数 1F2_{1}F_22F3_{2}F_32F2_{2}F_2 表示。指数积分 Eiβ,α=(eλxβ/xα)dx\text{Ei}_{\beta,\alpha}=\int (e^{\lambda x^\beta}/x^\alpha) dx(其中 β1\beta\ge1αβ+1\alpha\le\beta+1)以及对数积分 Li=μxdt/lnt,μ>1\text{Li}=\int_{\mu}^{x} dt/\ln{t}, \mu>1 也用 2F2_{2}F_2 表示,并研究了它们的渐近表达式。发现对于 xμx\gg\mu,有 Lix/lnx+ln(lnxlnμ)2lnμ2F2(1,1;2,2;lnμ)\text{Li}\sim {x}/{\ln{x}}+\ln{\left(\frac{\ln{x}}{\ln{\mu}}\right)}-2-\ln{\mu}\hspace{.075cm} _{2}F_{2}(1,1;2,2;\ln{\mu}),其中项 ln(lnxlnμ)2lnμ2F2(1,1;2,2;lnμ)\ln{\left(\frac{\ln{x}}{\ln{\mu}}\right)}-2-\ln{\mu}\hspace{.075cm} _{2}F_{2}(1,1;2,2;\ln{\mu}) 被添加到数学文献中已知的表达式 Lix/lnx\text{Li}\sim {x}/{\ln{x}} 上。

关键词

引用

@article{arxiv.1703.01907,
  title  = {Evaluation of some non-elementary integrals involving sine, cosine, exponential and logarithmic integrals: Part I},
  author = {Victor Nijimbere},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1703.01907},
  year   = {2018}
}

备注

23 pages, 1 figure, Accepted for publication by the Ural Math. J