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Discussioni su programma di analisi 1 e 2: numeri complessi, calcolo di una o più variabili reali, equazioni differenziali ordinarie.

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Integrale simpatico e $n$-agono regolare

07/12/2017, 00:14

Volevo proporre questo esercizio che ho trovato particolarmente interessante, il punto 1 è risolubile con le conoscenze di analisi 1 e un po' di ingegno e il punto due con le conoscenze di analisi uno e (molto) più ingegno.

1. Si calcoli $\int_0^{\pi} \log(cos(x/2))dx$

2. Si consideri un $n$-agono regolare inscritto in una circonferenza di raggio unitario. Si fissi uno dei vertici e si considerino tutti i segmenti che congiungono tale vertice con uno degli altri vertici.
Si calcoli la media geometria delle lunghezze di questi segmenti e si deduca da essa il risultato di 1.

Re: Integrale simpatico e $n$-agono regolare

07/12/2017, 00:34

Se ho capito cosa intendi per il primo

Testo nascosto, fai click qui per vederlo
con i numeri complessi trovi che i vertici di un $n-$agono regolare inscritto in una circonferenza di raggio $1$ sono i punti $V_k=(cos((2kpi)/N),sin((2kpi)/N))$ con $N$ numero di vertici e $k=0,..,N-1$

Fisso $V_0$ e considero le lunghezze $||vec(V_0V_k)||$ per arrivare a:

$g(N)=root(N-1)(prod_(k=1)^(N-1)||vec(V_0V_k)||)=root(2(N-1))(2*prod_(k=1)^(N-1)(1-cos((2kpi)/N))$

Dice WolframAlpha che $lim_(N->+infty)g(N)=1$ e io mi fido :-D


gli edit sono correzioni
Ultima modifica di anto_zoolander il 07/12/2017, 07:10, modificato 4 volte in totale.

Re: Integrale simpatico e $n$-agono regolare

07/12/2017, 00:58

Ho controllato per il punto 1 su wolfram la.soluzione e mi ha spaventato :-D

Quindi posto come avrei fatto io per capire dove ho sbagliato

$int ln(cos(x/2)) dx$
$int ln(sqrt((1+cosx)/2)) dx$
$1/2 int ln(1+cosx) - ln(2) dx$
$-1/2xln(2) + int ln(1+cosx) dx$

A questo punto avrei continuato o per parti o per sostituzione e vorrei capire se ne vale la pena o già ci sono errori.Dopo aver calcolato l'indefinito sarei passato al calcolo dell'area richiesta

Re: Integrale simpatico e $n$-agono regolare

07/12/2017, 09:14

@anto:
Testo nascosto, fai click qui per vederlo
L'idea è quella giusta! Ma non calcolare il limite, non subito almeno..bisogna riuscire a trovare un espressione esplicita per quella produttoria e da lì dovrebbe essere poi facile tirare fuori delle belle somme di Riemann...


@caffeinaplus
Ma non è così brutto il risultato! I conti che hai scritto sono giusti ma non posso garantire che portino da qualche parte; io l'ho risolto in un certo modo ma non è detto che ce ne sia uno solo (anzi, penso ne esistano $n$ distinti...)

E mollatelo sto wolfram :-D :-D

Re: Integrale simpatico e $n$-agono regolare

07/12/2017, 09:34

@Bremen000
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Formule di Eulero per il seno e coseno...?

Re: Integrale simpatico e $n$-agono regolare

07/12/2017, 09:52

@feddy
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Se ti riferisci al punto 1 io non le ho usate.
Nel punto 2 io le ho usate ma si può fare anche senza, basta essere più svegli di me!

Re: Integrale simpatico e $n$-agono regolare

07/12/2017, 18:19

Testo nascosto, fai click qui per vederlo
Si ho notato qualcosa passando all’esponenziale.

Ma per il primo si devono sfruttare delle proprietà della funzione in quel particolare intervallo no? Calcolare la primitiva è impossibile

Re: Integrale simpatico e $n$-agono regolare

07/12/2017, 19:12

@anto
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Esponenziale --> ok!
Per l'integrale: certo, non esiste una primitiva di quella funzione esprimibile come combinazione di funzioni elementari.

Re: Integrale simpatico e $n$-agono regolare

07/12/2017, 19:29

Testo nascosto, fai click qui per vederlo
Ero arrivato al fatto che quella quantità coincidesse con

$exp(lim_(N->+infty)1/(2N-2)sum_(k=1)^(N-1)log(2-2cos((2kpi)/N))$

Devo solo farmi un’idea di come farlo degenerare in un integrale. Solo che ancora diciamo che non ci ho messo mano per calcolarlo perché avevo sonno :-D stasera vedo di farli e li posto.

Re: Integrale simpatico e $n$-agono regolare

08/12/2017, 09:54

Ciao a tutti,

Ci sono diversi metodi per risolvere l'integrale proposto al punto 1. Qui di seguito ne propongo uno comprensibile con le conoscenze di Analisi I.

Testo nascosto, fai click qui per vederlo
Posto $ x := 2t \implies dx = 2dt $, per $x = 0 \implies t = 0$, per $x = \pi \implies t = pi/2 $ per cui si ha:

$ \int_0^{\pi} \ln(cos(x/2))dx = 2 \int_0^{\pi/2} \ln(cos t)dt = 2 \int_0^{\pi/2} \ln(sin t)dt $

ove l'ultima eguaglianza è stata trovata sostituendo $t $ con $pi/2 - t $. Dunque posto $I := \int_0^{\pi/2} \ln(cos t)dt = \int_0^{\pi/2} \ln(sin t)dt $ si ha:

$I + I = \int_0^{\pi/2} \ln(cos t)dt + \int_0^{\pi/2} \ln(sin t)dt = \int_0^{\pi/2} \ln(sin t cos t) dt = \int_0^{\pi/2} \ln(frac{2sin t cos t}{2}) dt \implies $
$\implies I = frac{1}{2}\int_0^{\pi/2} \ln[sin(2t)] dt - frac{1}{2}\int_0^{\pi/2} ln 2 = frac{1}{2}\int_0^{\pi/2} \ln[sin(2t)] dt - frac{1}{2}ln 2 \int_0^{\pi/2} dt \implies $
$\implies I = frac{1}{4}\int_0^{\pi} \ln(sin u) du - frac{\pi}{4} ln 2 = frac{1}{2}\int_0^{\pi/2} \ln(sin t) dt - frac{\pi}{4} ln 2 = frac{I}{2} - frac{\pi}{4} ln 2 \implies$
$I = - frac{\pi}{2} ln 2 $

Dunque in definitiva si ha:

$ \int_0^{\pi} \ln(cos(x/2))dx = 2 I = - \pi ln 2 $


Poi ci sono un paio di metodi basati sulle somme di Riemann ed anche un altro un po' più avanzato... Se riesco ad avere un po' di tempo ne posto qualcuno.
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