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非初等积分 $\int e^{\lambda x^\alpha} dx, \alpha\ge2$ 及其他相关积分的计算

经典分析与常微分方程 2018-07-03 v2

摘要

针对非初等积分 eλxαdx\int e^{\lambda x^\alpha} dx,其中 α\alpha 为实数且大于等于 2,利用合流超几何函数 1F1_1F_1 得到了一个公式。通过使用合流超几何函数的渐近表达式和微积分基本定理(FTC)直接计算对应于 α=2\alpha = 2 的高斯钟形曲线下的面积,验证了这一结果。对于积分 cosh(λxα)dx\int \cosh(\lambda x^\alpha)dxsinh(λxα)dx\int \sinh(\lambda x^\alpha)dxcos(λxα)dx\int \cos(\lambda x^\alpha)dxsin(λxα)dx\int \sin(\lambda x^\alpha)dxλC,α2\lambda\in \mathbb{C}, \alpha\ge2,分别得到了两种不同但等价的表达式,一种用合流超几何函数 1F1_1F_1 表示,另一种用超几何函数 1F2_1F_2 表示。并将超几何函数 1F2_1F_2 用合流超几何函数 1F1_1F_1 表达。给出了非初等积分 eλxαdx,α2\int e^{\lambda x^\alpha}dx,\alpha\ge2 的一些应用,如高斯分布和麦克斯韦-玻尔兹曼分布。

关键词

引用

@article{arxiv.1702.08438,
  title  = {Evaluation of the non-elementary integral $\int e^{\lambda x^\alpha} dx, \alpha\ge2$, and other related integrals},
  author = {Victor Nijimbere},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1702.08438},
  year   = {2018}
}

备注

15 pages, 1 figure