Question Number 142989 by mathmax by abdo last updated on 08/Jun/21
$$\mathrm{calculate}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{e}^{−\mathrm{3x}^{\mathrm{2}} } }{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx} \\ $$
Answered by Dwaipayan Shikari last updated on 08/Jun/21
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} {e}^{−\mathrm{3}{x}^{\mathrm{2}} } \int_{\mathrm{0}} ^{\infty} {e}^{−{u}\left(\mathrm{1}+{x}^{\mathrm{2}} \right)} {dxdu} \\ $$$$=\frac{\sqrt{\pi}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{e}^{−{u}} }{\:\sqrt{{u}+\mathrm{3}}}{du}\:\:\:\:\:{u}+\mathrm{3}={t}^{\mathrm{2}} \\ $$$$={e}^{\mathrm{3}} \sqrt{\pi}\:\int_{\sqrt{\mathrm{3}}} ^{\infty} {e}^{−{t}^{\mathrm{2}} } {dt} \\ $$$$={e}^{\mathrm{3}} \sqrt{\pi}\:\left(\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:{e}^{−{t}^{\mathrm{2}} } \:{dt}−\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{3}}} {e}^{−{t}^{\mathrm{2}} } \:{dt}\right) \\ $$$${Now}\:\frac{\mathrm{2}}{\:\sqrt{\pi}}\int_{\mathrm{0}} ^{{x}} {e}^{−{t}^{\mathrm{2}} } {dx}={efr}\left({x}\right) \\ $$$$={e}^{\mathrm{3}} \frac{\pi}{\mathrm{2}}−{e}^{\mathrm{3}} \frac{{erf}\left(\sqrt{\mathrm{3}}\right)}{\mathrm{2}}\pi=\frac{{e}^{\mathrm{3}} \pi}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{1}−{erf}\left(\sqrt{\mathrm{3}}\right)\right) \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 09/Jun/21
$$\Phi=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{e}^{−\mathrm{3x}^{\mathrm{2}} } }{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx}\:\Rightarrow\Phi=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \left(\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\mathrm{e}^{−\mathrm{t}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)} \mathrm{dt}\right)\mathrm{e}^{−\mathrm{3x}^{\mathrm{2}} } \mathrm{dx} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\left(\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\mathrm{e}^{−\left(\mathrm{t}+\mathrm{3}\right)\mathrm{x}^{\mathrm{2}} } \mathrm{dx}\right)\mathrm{e}^{−\mathrm{t}} \:\mathrm{dt}\:\:\mathrm{but} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\mathrm{e}^{−\left(\mathrm{t}+\mathrm{3}\right)\mathrm{x}^{\mathrm{2}} } \mathrm{dx}\:=_{\sqrt{\mathrm{t}+\mathrm{3}}\mathrm{x}=\mathrm{y}} \:\:\int_{\sqrt{\mathrm{3}}} ^{\infty} \:\mathrm{e}^{−\mathrm{y}^{\mathrm{2}} } \frac{\mathrm{dy}}{\:\sqrt{\mathrm{t}+\mathrm{3}}}=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{t}+\mathrm{3}}}\int_{\sqrt{\mathrm{3}}} ^{\infty} \:\mathrm{e}^{−\mathrm{y}^{\mathrm{2}} } \mathrm{dy}\:\Rightarrow \\ $$$$\Phi=\int_{\sqrt{\mathrm{3}}} ^{\infty} \:\mathrm{e}^{−\mathrm{y}^{\mathrm{2}} } \mathrm{dy}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{e}^{−\mathrm{t}} }{\:\sqrt{\mathrm{t}+\mathrm{3}}}\mathrm{dt}\:\:\mathrm{and}\: \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{e}^{−\mathrm{t}} }{\:\sqrt{\mathrm{t}+\mathrm{3}}}\mathrm{dt}\:=_{\sqrt{\mathrm{t}+\mathrm{3}}=\mathrm{z}} \:\:\int_{\sqrt{\mathrm{3}}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{e}^{−\left(\mathrm{z}^{\mathrm{2}} −\mathrm{3}\right)} }{\mathrm{z}}\left(\mathrm{2z}\right)\mathrm{dz}\:=\mathrm{2e}^{\mathrm{3}} \int_{\sqrt{\mathrm{3}}} ^{\infty} \:\mathrm{e}^{−\mathrm{z}^{\mathrm{2}} } \mathrm{dz}\:\Rightarrow \\ $$$$\Phi=\mathrm{2e}^{\mathrm{3}} \left(\int_{\sqrt{\mathrm{3}}} ^{\infty} \:\mathrm{e}^{−\mathrm{y}^{\mathrm{2}} } \mathrm{dy}\right)^{\mathrm{2}} \:\:\mathrm{let}\:\lambda_{\mathrm{0}} =\int_{\sqrt{\mathrm{3}}} ^{\infty} \:\mathrm{e}^{−\mathrm{y}^{\mathrm{2}} } \mathrm{dy}\:\Rightarrow \\ $$$$\Phi=\mathrm{2e}^{\mathrm{3}} \lambda_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{2}} \\ $$