Question Number 26575 by abdo imad last updated on 26/Dec/17
$${find}\:{the}\:{value}\:{of}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:{e}^{−\left[{x}\right]} {sinxdx}\:\:\:{in}\:{that}\:\left[{x}\right]={E}\left({x}\right) \\ $$
Commented by abdo imad last updated on 29/Dec/17
$${let}\:{put}\:{I}=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\propto} \:{e}^{−\left[{x}\right]} {sinx}\:{dx}\:\:\:{I}_{{n}} \:\:=\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{{n}} \:\:{e}^{−\left[{x}\right]} {sinx}\:{dx} \\ $$$${we}\:{have}\:{I}=\:{lim}_{{n}−>\propto} \:\:\:{I}_{{n}} \:\:\:{but} \\ $$$${I}_{{n}} =\:\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}−\mathrm{1}} \:\int_{{k}} ^{{k}+\mathrm{1}} {e}^{−\left[{x}\right]} \:{sinxdx}=\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{k}={n}−\mathrm{1}} \:{e}^{−{k}} \:\int_{{k}} ^{{k}+\mathrm{1}} {sinx}\:{dx} \\ $$$${I}_{{n}} \:\:=\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{k}={n}−\mathrm{1}} \:{e}^{−{k}} \left[\:\:−{cosx}\right]_{{k}} ^{{k}+\mathrm{1}} \:\:=\:\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{k}={n}−\mathrm{1}} \:{e}^{−{k}} \left(\:{cosk}−{cos}\left({k}+\mathrm{1}\right)\right) \\ $$$$=\:\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{k}={n}−\mathrm{1}} \:{e}^{−{k}} \:{cosk}\:−\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{k}={n}−\mathrm{1}} \:{e}^{−{k}} {cos}\left({k}+\mathrm{1}\right) \\ $$$$=\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{k}={n}−\mathrm{1}} {e}^{−{k}} \:{cosk}\:\:−\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} {e}^{−\left({k}−\mathrm{1}\right)} {cosk} \\ $$$$=\:\left(\mathrm{1}−{e}\right)\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}−\mathrm{1}} \:{e}^{−{k}} \:{cosk} \\ $$$${but}\:\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}−\mathrm{1}} \:{e}^{−{k}} \:{cos}\:{k}=\:\:{Re}\left(\:\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}−\mathrm{1}} \:\:{e}^{\left(−\mathrm{1}+{i}\right){k}} \right) \\ $$$${and}\:\:\:\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{k}={n}−\mathrm{1}} \:{e}^{\left(−\mathrm{1}+{i}\right){k}} \:\:=\:\frac{\mathrm{1}\:−\:{e}^{\left(−\mathrm{1}+{i}\right){n}} }{\mathrm{1}−{e}^{−\mathrm{1}+{i}} } \\ $$$${lim}\:_{{n}−>\propto} {I}_{{n}} \:=\:\:\left(\mathrm{1}−{e}\right)\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{\propto} \:{e}^{−{k}} {cosk}\:\:=\left(\mathrm{1}−{e}\right)\:{Re}\left(\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{e}^{−\mathrm{1}+{i}} }\right) \\ $$$${but}\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{e}^{−\mathrm{1}+{i}} }\:\:=\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{e}^{−\mathrm{1}} \left(\:{cos}\left(\mathrm{1}\right)\:+{isin}\left(\mathrm{1}\right)\right.} \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{1}−{e}^{−\mathrm{1}} {cos}\left(\mathrm{1}\right)\:+{i}\:{e}^{−\mathrm{1}} {sin}\left(\mathrm{1}\right)}{\left(\mathrm{1}−{e}^{−\mathrm{1}} {cos}\left(\mathrm{1}\right)\right)^{\mathrm{2}} +{e}^{−\mathrm{2}} {sin}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\Rightarrow{lim}_{{n}−>\propto} \:{I}_{{n}} \:=\:\:\frac{\mathrm{1}−\:{e}^{−\mathrm{1}} {cos}\left(\mathrm{1}\right)}{\left(\mathrm{1}−\:{e}^{−\mathrm{1}} {cos}\left(\mathrm{1}\right)\right)^{\mathrm{2}} \:+{e}^{−\mathrm{2}} {sin}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}\right)}=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \:{e}^{−\left[{x}\right]} {sinxdx} \\ $$$$ \\ $$