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Forum "Uni-Analysis" - parameterabhängiges Integral
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parameterabhängiges Integral: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 14:33 Mo 03.10.2005
Autor: Bastiane

Hallo!

Folgende Aufgabe möchte ich lösen:

Man berechne das Integral

[mm] \integral_0^x{t^ne^{-t}\;dt} [/mm]

durch Differenzieren des Parameter-abhängigen Integrals

[mm] F(y):=\integral_0^x{e^{-ty}\;dt} [/mm]


Als erstes Mal eine kurze Frage: Gibt es da einen Trick, wie man darauf kommt, welches parameterabhängige Integral man nimmt? Wenn das da nicht gestanden hätte, dann hätte ich keine Ahnung gehabt, wie ich an diese Aufgabe rangehen soll.

So, ich habe jetzt als erstes mal berechnet:

[mm] \bruch{dF(y)}{dy} [/mm] = [mm] \bruch{d}{dy}\integral_0^x{e^{-ty}\;dt} [/mm] = [mm] \integral_0^x{-te^{-ty}\;dt} [/mm]

dann habe ich partielle Integration gemacht:

u(t)=-t
u'(t)=-1

[mm] v'(t)=e^{-ty} [/mm]
[mm] v(t)=-\bruch{1}{y}e^{-ty} [/mm]

dann erhalte ich:

[mm] =\bruch{t}{y}e^{-ty}|_0^x-\integral_0^x{\bruch{1}{y}e^{-ty}dt} [/mm] = [mm] \bruch{t}{y}e^{-ty}|_0^x-\bruch{1}{y}(-\bruch{1}{y}e^{-ty})|_0^x [/mm] = [mm] \bruch{x}{y}e^{-xy}+\bruch{1}{y^2}e^{-xy}-\bruch{1}{y^2} [/mm]

wenn ich mich hoffentlich nicht verrechnet habe. [weisswerd]

Angenommen, das hier stimmt - wie berechne ich dann mein Ausgangsintegral [mm] \integral_0^x{t^ne^{-t}\;dt} [/mm] ?

Ich habe schon versucht, es zu schreiben als F(0) oder F(t) oder so, aber irgendwie passt das ja nicht. Aber irgendso etwas muss ich doch jetzt machen, oder?

Viele Grüße
Bastiane
[cap]


        
Bezug
parameterabhängiges Integral: Kleine Hilfe
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 15:27 Mo 03.10.2005
Autor: Zwerglein

Hi, Bastiane,

leider kann ich Dir auch nur die Rekursionsformel für das unbestimmte Integral liefern:

[mm] \integral{t^{n}e^{-t} dt} [/mm] = [mm] -t^{n}*e^{-t} [/mm] + n* [mm] \integral{t^{n-1}e^{-t} dt} [/mm]

mfG!
Zwerglein

Bezug
                
Bezug
parameterabhängiges Integral: lösen?
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 15:39 Mo 03.10.2005
Autor: Bastiane

Hallo Zwerglein!

> leider kann ich Dir auch nur die Rekursionsformel für das
> unbestimmte Integral liefern:
>  
> [mm]\integral{t^{n}e^{-t} dt}[/mm] = [mm]-t^{n}*e^{-t}[/mm] + n*
> [mm]\integral{t^{n-1}e^{-t} dt}[/mm]

Kann ich denn damit meine Aufgabe lösen?

Viele Grüße
Bastiane
[cap]


Bezug
                        
Bezug
parameterabhängiges Integral: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 17:11 Mo 03.10.2005
Autor: Stefan

Liebe Christiane!

Ja, man könnte die Aufgabe so lösen, wie Zwerglein es vorgeschlagen hat, durch direkte Induktion (wäre sogar einfacher :-)).

Das aber soll ja nicht gemacht werden, sondern es soll über ein parameterabhängiges Integral gelöst werden..

Definiere :

$F(y) = [mm] \int\limits_0^x e^{-ty}\, [/mm] dt$.

Dann gilt:

[mm] $F^{(n)}(y) [/mm] = [mm] \int\limits_0^x \frac{\partial^x}{\partial y^n}(e^{-ty})\, [/mm] dt = [mm] \int\limits_0^n (-t)^n \cdot e^{-ty}\, [/mm] dt$.

Daraus folgt:

[mm] $\int\limits_0^x t^n e^{-t}\, [/mm] dt = [mm] \frac{F^{(n)}(1)}{(-1)^n}$. [/mm]

Versuche nun eine Formel für [mm] $F^{(n)}(1)$ [/mm] zu finden und diese mit Induktion zu beweisen.

Tipp: Bilde mal suzessive [mm] $F^{(0)}(y)$, $F^{(1)}(y)$, $F^{(2)}(y)$, [/mm] usw. Fällt dir eine Gesetzmäßigkeit auf?

Liebe Grüße
Stefan

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