Question Number 5835 by sanusihammed last updated on 31/May/16
$${Evaluate}\:{the}\:{integral}. \\ $$$$ \\ $$$$\int\left[\left({x}−\frac{{x}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{2}}+\frac{{x}^{\mathrm{5}} }{\mathrm{2}.\mathrm{4}}−\frac{{x}^{\mathrm{7}} }{\mathrm{2}.\mathrm{4}.\mathrm{6}}+…\right)\left(\mathrm{1}−\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} .\mathrm{4}^{\mathrm{2}} }−\frac{{x}^{\mathrm{6}} }{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} .\mathrm{4}^{\mathrm{2}} .\mathrm{6}^{\mathrm{2}} }+….\right)\right]{dx} \\ $$$$ \\ $$$${for}\:\:\:\:\mathrm{0}<{x}<\infty \\ $$$$ \\ $$$${Please}\:{help} \\ $$
Commented by Yozzii last updated on 31/May/16
$$\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{2}\right)!!}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}×\mathrm{4}×\mathrm{6}×\mathrm{8}×\mathrm{10}×…×\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{2}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}−\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}×\mathrm{2}×\mathrm{3}×\mathrm{4}×\mathrm{5}×…×\left({n}−\mathrm{1}\right)\right)} \\ $$$$\therefore\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{n}\right)!!}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}} {n}!}\:\:\:\:\left(\:{n}\geqslant\mathrm{0}\right) \\ $$$$\left(\mathrm{2}{n}\right)!!=\mathrm{2}{n}\left\{\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{2}\right)!!\right\} \\ $$$$ \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {x}^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}^{{n}} \left({n}!\right)}=\sqrt{\mathrm{2}}\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {x}^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\left(\sqrt{\mathrm{2}}\right)^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} {n}!} \\ $$$$={x}\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}!}\left(\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\right)^{{n}} \\ $$$$={x}\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}!}\left(−\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\right)^{{n}} \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {x}^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}^{{n}} \left({n}!\right)}={xexp}\left(\frac{−{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\right)=−\frac{{d}}{{dx}}\left({e}^{−{x}^{\mathrm{2}} /\mathrm{2}} \right) \\ $$$$−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− \\ $$$$\mathrm{1}−\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} \mathrm{4}^{\mathrm{2}} }−\frac{{x}^{\mathrm{6}} }{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} \mathrm{4}^{\mathrm{2}} \mathrm{6}^{\mathrm{2}} }+…=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {x}^{\mathrm{2}{n}} }{\left(\mathrm{2}^{{n}} {n}!\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left({n}!\right)^{\mathrm{2}} }\left(−\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}\right)^{{n}} =\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left\{\frac{\mathrm{1}}{{n}!}\left(\frac{−{x}}{\mathrm{2}}\right)^{{n}} \right\}\left\{\frac{\mathrm{1}}{{n}!}\left(\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)^{{n}} \right\} \\ $$$$−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− \\ $$$$\therefore{J}=\int\left\{{xexp}\left(−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} \right)\left(\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {x}^{\mathrm{2}{n}} }{\left(\mathrm{2}^{{n}} {n}!\right)^{\mathrm{2}} }\right)\right\}{dx} \\ $$$${J}=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left[\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{\left(\mathrm{2}^{{n}} {n}!\right)^{\mathrm{2}} }\left\{\int\left({xe}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } \right){x}^{\mathrm{2}{n}} {dx}\right\}\right] \\ $$$$=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{\left(\mathrm{2}^{{n}} {n}!\right)^{\mathrm{2}} }\left\{−{e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } {x}^{\mathrm{2}{n}} +\mathrm{2}{n}\int{xe}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } {x}^{\mathrm{2}{n}−\mathrm{2}} {dx}\right\} \\ $$$$=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{\left(\mathrm{2}^{{n}} {n}!\right)^{\mathrm{2}} }\left(−{x}^{\mathrm{2}{n}} {e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } −\mathrm{2}{nx}^{\mathrm{2}{n}−\mathrm{2}} {e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } −\mathrm{2}{n}\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{2}\right){x}^{\mathrm{2}{n}−\mathrm{4}} {e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } +\mathrm{2}{n}\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{4}\right)\int{x}^{\mathrm{2}{n}−\mathrm{6}} {xe}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } {dx}\right) \\ $$$$=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{\left(\left(\mathrm{2}{n}\right)!!\right)^{\mathrm{2}} }\left(−{e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } \left({x}^{\mathrm{2}{n}} +\mathrm{2}{nx}^{\mathrm{2}\left({n}−\mathrm{1}\right)} +\mathrm{2}{n}\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{2}\right){x}^{\mathrm{2}\left({n}−\mathrm{2}\right)} +\mathrm{2}{n}\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{4}\right){x}^{\mathrm{2}\left({n}−\mathrm{3}\right)} +….+\left(\mathrm{2}{n}\right)!!{x}^{\mathrm{2}\left({n}−{n}\right)} \right)\right)+{C} \\ $$$${J}=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}+\mathrm{1}} {e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } }{\left(\left(\mathrm{2}{n}\right)!!\right)^{\mathrm{2}} }\left\{\underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}{x}^{\mathrm{2}\left({n}−{k}\right)} \frac{\left(\mathrm{2}{n}\right)!!}{\left(\mathrm{2}\left({n}−{k}\right)\right)!!}\right\}\right)+{C} \\ $$$${J}={e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } \underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}+\mathrm{1}} }{\left(\mathrm{2}{n}\right)!!}\left\{\underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}\left({n}−{k}\right)\right)!!}{x}^{\mathrm{2}\left({n}−{k}\right)} \right\}\right)+{C} \\ $$$${J}=−{e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } \underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{{n}!}\left(\frac{−{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\right)^{{n}} \left\{\underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left({n}−{k}\right)!}\left(\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}} \right\}\right) \\ $$$${J}=−{e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } \underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{{n}} {\sum}}\left\{\frac{\mathrm{1}}{{n}!\left({n}−{k}\right)!}\left(\frac{−{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\right)^{{n}} \left(\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}} \right\} \\ $$$$ \\ $$$${J}=−{e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } \underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{{n}!}\left(\frac{−{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\right)^{{n}} \right)\left(\underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left({n}−{k}\right)!}\left(\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\right)^{{n}−{k}} \right)+{C}\:\:??? \\ $$$${J}=−{e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } {e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } {e}^{\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } +{C} \\ $$$${J}=−{e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } +{C} \\ $$$${J}\mid_{\mathrm{0}} ^{\infty} =−{e}^{−\mathrm{0}.\mathrm{5}{x}^{\mathrm{2}} } \mid_{\mathrm{0}} ^{\infty} =\mathrm{1}. \\ $$
Commented by sanusihammed last updated on 31/May/16
$${Thanks}\:{so}\:{much} \\ $$