Т.к. sin(x) - непрерывная функция, она интегрируема, и можно выбирать любое разбиение с любыми точками на нем. Разобьем [a,b] на n равных частей и возьмем значения функции в левых точках получившихся отрезков: ∑ sin(a + k*(b-a)/n) * (b-a)/n, где k = 0 .. n-1
Здесь были применены формулы cos(x+y) = cos(x)cos(y) - sin(x)sin(y) cos(x-y) = cos(x)cos(y) + sin(x)sin(y) Тогда sin(x)sin(y) = 1/2 (cos(x-y) - cos(x+y)) Где x = a + k*(b-a)/n, y = (b-a)/2n
y было выбрано так, чтобы все косинусы, кроме крайних, попадали в сумму с разными знаками и сокращались.
Исходная сумма ∑ sin(a + k*(b-a)/n) * (b-a)/n преобразуется к виду (b-a)/n * 1/(2sin( (b-a)/2n )) * ∑ [cos(a + (k-1/2)*(b-a)/n) - cos(a + (k+1/2)*(b-a)/n)], k = 0 .. n-1
Т.к. cos(a + (k + 1/2) * (b-a)/n) = cos(a + ((k+1)-1/2) * (b-a)/n), соответствующие слагаемые в сумме сокращаются, как и рассчитывалось. Т.е.
При n ⇒ ∞, это выражение стремится к cos(a) - cos(b)
Что касается коэффициента (b-a)/n * 1/(2sin( (b-a)/2n )) перед суммой, при n ⇒ ∞ синус стремится к своему аргументу, т.е. (b-a)/n * 1/(2sin( (b-a)/2n )) ⇒ (b-a)/n * 1/(2 * (b-a)/2n)) = 1
Т.е. сумма стремится cos(a) - cos(b) при n ⇒ ∞, причем этот предел по определению и является искомым определенным интегралом (диаметр разбиения (b-a)/n стремится к 0)
First, we'll try to plug in the value: #lim_{x to -oo}x+sqrt(x^2+2x) = -oo + sqrt(oo-oo)# We're already encountering a problem: it is simply not allowed to have #oo-oo#, it's like dividing by zero. We need to try a different approach. Whenever I see this kind of limit, I try to use a trick: #lim_{x to -oo}x+sqrt(x^2+2x)# #= lim_{x to -oo}x+sqrt(x^2+2x)*(x-sqrt(x^2+2x))/(x-sqrt(x^2+2x))# These are the same becaus the factor we're multiplying with is essentially #1#. Why are we doing this? Because there exists a formula which says: #(a-b)(a+b) = a^2-b^2# In this case #a = x# and #b = sqrt(x^2+2x)# Let's apply this formula: #lim_{x to -oo}(x^2-(sqrt(x^2+2x))^2)/(x-sqrt(x^2+2x))# #= lim_{x to -oo}(x^2-x^2-2x)/(x-sqrt(x^2+2x))# #= lim_{x to -oo}(-2x)/(x-sqrt(x^2+2x))# Now we're going to use another trick. We'r going to use this one, because we want to get the #x^2# out of the square root: #lim_{x to -oo}(-2x)/(x-sqrt(x^2(1+2/x))# If you look carefully, you see it's the same thing. Now, you might say that #sqrt(x^2) = x#, but you have to remember that #x# is a negative number. Because we're taking the positive square root, #sqrt(x^2) = -x# in this case. #= lim_{x to -oo}(-2x)/(x+xsqrt(1+2/x))# #= lim_{x to -oo}(-2x)/(x(1+sqrt(1+2/x)))# We can cancel the #x#: #= lim_{x to -oo}(-2)/(1+sqrt(1+2/x))# And now, we can finally plug in the value: #= -2/(1+sqrt(1+2/-oo))# A number divided by infinity, is always #0#: #= -2/(1+sqrt(1+0)) = -2/(1+1) = -2/2 = -1# This is the final answer. Hope it helps.
∑ sin(a + k*(b-a)/n) * (b-a)/n, где k = 0 .. n-1
Далее преобразуем слагаемые в разности косинусов:
sin(a + k*(b-a)/n) = sin(a + k*(b-a)/n) * sin( (b-a)/2n ) / sin( (b-a)/2n ) = 1/(2sin((b-a)/2n)) * [cos(a + (k-1/2)*(b-a)/n) - cos(a + (k+1/2)*(b-a)/n)]
Здесь были применены формулы
cos(x+y) = cos(x)cos(y) - sin(x)sin(y)
cos(x-y) = cos(x)cos(y) + sin(x)sin(y)
Тогда sin(x)sin(y) = 1/2 (cos(x-y) - cos(x+y))
Где x = a + k*(b-a)/n, y = (b-a)/2n
y было выбрано так, чтобы все косинусы, кроме крайних, попадали в сумму с разными знаками и сокращались.
Исходная сумма ∑ sin(a + k*(b-a)/n) * (b-a)/n преобразуется к виду
(b-a)/n * 1/(2sin( (b-a)/2n )) * ∑ [cos(a + (k-1/2)*(b-a)/n) - cos(a + (k+1/2)*(b-a)/n)], k = 0 .. n-1
Т.к. cos(a + (k + 1/2) * (b-a)/n) = cos(a + ((k+1)-1/2) * (b-a)/n), соответствующие слагаемые в сумме сокращаются, как и рассчитывалось. Т.е.
∑ [cos(a + (k-1/2)*(b-a)/n) - cos(a + (k+1/2)*(b-a)/n)] = cos(a - 1/2 (b-a)/n) - cos(a + (n - 1/2)*(b-a)/n)
При n ⇒ ∞, это выражение стремится к cos(a) - cos(b)
Что касается коэффициента (b-a)/n * 1/(2sin( (b-a)/2n )) перед суммой, при n ⇒ ∞ синус стремится к своему аргументу, т.е. (b-a)/n * 1/(2sin( (b-a)/2n )) ⇒ (b-a)/n * 1/(2 * (b-a)/2n)) = 1
Т.е. сумма стремится cos(a) - cos(b) при n ⇒ ∞, причем этот предел по определению и является искомым определенным интегралом (диаметр разбиения (b-a)/n стремится к 0)
#lim_{x to -oo}x+sqrt(x^2+2x) = -oo + sqrt(oo-oo)#
We're already encountering a problem: it is simply not allowed to have #oo-oo#, it's like dividing by zero.
We need to try a different approach.
Whenever I see this kind of limit, I try to use a trick:
#lim_{x to -oo}x+sqrt(x^2+2x)#
#= lim_{x to -oo}x+sqrt(x^2+2x)*(x-sqrt(x^2+2x))/(x-sqrt(x^2+2x))#
These are the same becaus the factor we're multiplying with is essentially #1#.
Why are we doing this? Because there exists a formula which says: #(a-b)(a+b) = a^2-b^2#
In this case #a = x# and #b = sqrt(x^2+2x)#
Let's apply this formula:
#lim_{x to -oo}(x^2-(sqrt(x^2+2x))^2)/(x-sqrt(x^2+2x))#
#= lim_{x to -oo}(x^2-x^2-2x)/(x-sqrt(x^2+2x))#
#= lim_{x to -oo}(-2x)/(x-sqrt(x^2+2x))#
Now we're going to use another trick. We'r going to use this one, because we want to get the #x^2# out of the square root:
#lim_{x to -oo}(-2x)/(x-sqrt(x^2(1+2/x))#
If you look carefully, you see it's the same thing.
Now, you might say that #sqrt(x^2) = x#, but you have to remember that #x# is a negative number. Because we're taking the positive square root, #sqrt(x^2) = -x# in this case.
#= lim_{x to -oo}(-2x)/(x+xsqrt(1+2/x))#
#= lim_{x to -oo}(-2x)/(x(1+sqrt(1+2/x)))#
We can cancel the #x#:
#= lim_{x to -oo}(-2)/(1+sqrt(1+2/x))#
And now, we can finally plug in the value:
#= -2/(1+sqrt(1+2/-oo))#
A number divided by infinity, is always #0#:
#= -2/(1+sqrt(1+0)) = -2/(1+1) = -2/2 = -1#
This is the final answer.
Hope it helps.