Question Number 195421 by MathedUp last updated on 02/Aug/23
$$\mathrm{Calculate}.\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\infty} \:\:\frac{\mathrm{sin}\left({z}\right)}{{z}\left({z}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}\mathrm{d}{z} \\ $$$$\mathrm{method}\:\mathrm{1}.\:\mathrm{using}\:\mathrm{Laplace}\:\mathrm{Transform}. \\ $$$$\mathrm{method}\:\mathrm{2}.\:\mathrm{using}\:\mathrm{Contour}\:\mathrm{Integral}. \\ $$$$\mathrm{method}\:\mathrm{3}.\:\mathrm{using}\:\mathrm{Feymann}'\mathrm{s}\:\mathrm{parametirc}\:\mathrm{trick} \\ $$$$\mathrm{HELP}!!!!!!! \\ $$
Answered by witcher3 last updated on 02/Aug/23
$$ \\ $$$$ \\ $$
Commented by witcher3 last updated on 02/Aug/23
$$\mathrm{Small}\:\Omega\mathrm{Circle}\:\mathrm{radius}\:\epsilon \\ $$$$\mathrm{Big}\:\:\Gamma\:\mathrm{radius}\:\mathrm{R} \\ $$$$\mathrm{L}=\left[−\mathrm{R},−\epsilon\right],\mathrm{L}'=\left[\epsilon,\mathrm{R}\right] \\ $$$$\Gamma=\mathrm{Re}^{\mathrm{ia}} ,\mathrm{a}\in\left[\mathrm{0},\pi\right] \\ $$$$\mathrm{c}=\epsilon\mathrm{e}^{\mathrm{ia}} ,\mathrm{a}\in\left[\mathrm{0},\pi\right] \\ $$$$\mathrm{D}=\Omega\cup\Gamma\cup\mathrm{L}\cup\mathrm{L}' \\ $$$$\mathrm{f}\left(\mathrm{z}\right)=\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{iz}} }{\mathrm{z}\left(\mathrm{1}+\mathrm{z}^{\mathrm{2}} \right)},\mathrm{hase}\:\mathrm{Twos}\:\mathrm{pols}\:\mathrm{in}\:\mathrm{D} \\ $$$$\mathrm{z}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}=\mathrm{0},\mathrm{z}=\mathrm{i} \\ $$$$\int_{\mathrm{D}} \mathrm{f}\left(\mathrm{z}\right)\mathrm{dz}=\mathrm{2i}\pi\mathrm{Res}\left(\mathrm{f},\mathrm{i},\right)=\mathrm{2i}\pi.\frac{\mathrm{e}^{−\mathrm{1}} }{\mathrm{i}\left(\mathrm{2i}\right)}=\frac{\pi}{\mathrm{ie}} \\ $$$$\int_{−\mathrm{R}} ^{−\epsilon} \mathrm{f}\left(\mathrm{z}\right)\mathrm{dz}+\int_{\pi} ^{\mathrm{0}} \mathrm{f}\left(\epsilon\mathrm{e}^{\mathrm{ia}} \right).\mathrm{i}\epsilon\mathrm{e}^{\mathrm{ia}} \mathrm{da}+\int_{\epsilon} ^{\mathrm{R}} \mathrm{f}\left(\mathrm{z}\right)\mathrm{dz}+\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \mathrm{f}\left(\mathrm{Re}^{\mathrm{ia}} \right)\mathrm{iRe}^{\mathrm{ia}} \mathrm{da} \\ $$$$\int_{−\mathrm{R}} ^{−\epsilon} \mathrm{f}\left(\mathrm{z}\right)\mathrm{dz}+\int_{\epsilon} ^{\mathrm{R}} \mathrm{f}\left(\mathrm{z}\right)\mathrm{dz}=\int_{\epsilon} ^{\mathrm{R}} \left(\mathrm{f}\left(\mathrm{z}\right)+\mathrm{f}\left(−\mathrm{z}\right)\right)\mathrm{dz} \\ $$$$=\mathrm{2i}\int_{\epsilon} ^{\mathrm{R}} \frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{z}\right)}{\mathrm{z}\left(\mathrm{1}+\mathrm{z}^{\mathrm{2}} \right)}\mathrm{dz} \\ $$$$\underset{\epsilon\rightarrow\mathrm{0}} {\mathrm{lim}}\int_{\pi} ^{\mathrm{0}} \mathrm{f}\left(\epsilon\mathrm{e}^{\mathrm{ia}} \right)\mathrm{i}\epsilon\mathrm{e}^{\mathrm{ia}} \mathrm{da}=\underset{\epsilon\rightarrow\mathrm{0}} {\mathrm{lim}i}\int_{\pi} ^{\mathrm{0}} \frac{\mathrm{e}^{\mathrm{i}\epsilon\mathrm{e}^{\mathrm{ia}} } }{\left(\mathrm{1}+\epsilon^{\mathrm{2}} \mathrm{e}^{\mathrm{2ia}} \right)}\mathrm{da} \\ $$$$\mathrm{integral}\:\mathrm{Cv}\:\mathrm{uniformaly} \\ $$$$=\mathrm{i}\int_{\pi} ^{\mathrm{0}} \underset{\epsilon\rightarrow\mathrm{0}} {\mathrm{lim}}\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{i}\epsilon\mathrm{e}^{\mathrm{ia}} } }{\mathrm{1}+\epsilon^{\mathrm{2}} \mathrm{e}^{\mathrm{2ia}} }\mathrm{da}=−\mathrm{i}\pi \\ $$$$\underset{\epsilon\rightarrow\mathrm{0}} {\mathrm{lim}}\int_{\Omega} \mathrm{f}\left(\mathrm{z}\right)\mathrm{dz}=−\mathrm{i}\pi \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \mathrm{f}\left(\mathrm{Re}^{\mathrm{ia}} \right)\mathrm{iRe}^{\mathrm{ia}} \mathrm{da}=\mathrm{i}\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \frac{\mathrm{e}^{\mathrm{iRe}^{\mathrm{ia}} } }{\mathrm{1}+\mathrm{R}^{\mathrm{2}} \mathrm{e}^{\mathrm{2ia}} }\mathrm{da} \\ $$$$=\mathrm{i}\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \frac{\mathrm{e}^{\mathrm{iRcos}\left(\mathrm{a}\right)} .\mathrm{e}^{−\mathrm{Rsin}\left(\mathrm{a}\right)} }{\mathrm{1}+\mathrm{R}^{\mathrm{2}} \mathrm{e}^{\mathrm{2ia}} } \\ $$$$\mathrm{p} \\ $$$$\mid\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{iRcos}\left(\mathrm{a}\right)} .\mathrm{e}^{−\mathrm{Rsin}\left(\mathrm{a}\right)} }{\mathrm{1}+\mathrm{R}^{\mathrm{2}} \mathrm{e}^{\mathrm{2ia}} }\mid\leqslant\frac{\mathrm{e}^{−\mathrm{Rsin}\left(\mathrm{a}\right)} }{\mathrm{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}\Rightarrow \\ $$$$=\underset{\mathrm{R}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\mid\mathrm{i}\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \frac{\mathrm{e}^{\mathrm{iRcos}\left(\mathrm{a}\right)} .\mathrm{e}^{−\mathrm{Rsin}\left(\mathrm{a}\right)} }{\mathrm{1}+\mathrm{R}^{\mathrm{2}} \mathrm{e}^{\mathrm{2ia}} }\mid\mathrm{da}\leqslant\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \underset{\mathrm{R}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\frac{\mathrm{e}^{−\mathrm{Rsin}\left(\mathrm{a}\right)} }{\mathrm{R}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}\mathrm{da} \\ $$$$=\mathrm{0} \\ $$$$\underset{\mathrm{R}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\int_{\Gamma} \mathrm{f}\left(\mathrm{z}\right)\mathrm{dz}=\mathrm{0} \\ $$$$ \\ $$$$\underset{\epsilon\rightarrow\mathrm{0},\mathrm{R}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\int_{\mathrm{D}} \mathrm{f}\left(\mathrm{z}\right)\mathrm{dz}=\mathrm{2i}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{z}\right)}{\mathrm{z}\left(\mathrm{1}+\mathrm{z}^{\mathrm{2}} \right)}\mathrm{dz}−\mathrm{i}\pi+\mathrm{0}=\frac{\pi}{\mathrm{ie}} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{x}\right)}{\mathrm{x}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}\mathrm{dx}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\frac{\pi}{\mathrm{2e}}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\left(\frac{\mathrm{e}−\mathrm{1}}{\mathrm{e}}\right) \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$
Answered by senestro last updated on 02/Aug/23
$$\frac{\pi}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{{e}}\right) \\ $$
Answered by witcher3 last updated on 02/Aug/23
$$\mathrm{Laplace} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{zt}\right)}{\mathrm{z}\left(\mathrm{1}+\mathrm{z}^{\mathrm{2}} \right)}\mathrm{dz}=\mathrm{f}\left(\mathrm{t}\right) \\ $$$$\mathcal{L}\left(\mathrm{f}\left(\mathrm{t}\right)\right)=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \mathrm{f}\left(\mathrm{t}\right)\mathrm{e}^{−\mathrm{ts}} \mathrm{dt}=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{zt}\right)}{\mathrm{z}\left(\mathrm{1}+\mathrm{z}^{\mathrm{2}} \right)}\mathrm{dze}^{−\mathrm{ts}} \mathrm{dt} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{1}}{\mathrm{z}\left(\mathrm{1}+\mathrm{z}^{\mathrm{2}} \right)}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \mathrm{sin}\left(\mathrm{zt}\right)\mathrm{e}^{−\mathrm{ts}} \mathrm{dtdz} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{1}}{\mathrm{z}\left(\mathrm{1}+\mathrm{z}^{\mathrm{2}} \right)}\mathcal{L}\left\{\mathrm{sin}\left(\mathrm{zt}\right)\right\}\mathrm{dz} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{1}}{\mathrm{z}\left(\mathrm{1}+\mathrm{z}^{\mathrm{2}} \right)}.\frac{\mathrm{z}}{\mathrm{z}^{\mathrm{2}} +\mathrm{s}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dz}=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{dz}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{z}^{\mathrm{2}} \right)\left(\mathrm{z}^{\mathrm{2}} +\mathrm{s}^{\mathrm{2}} \right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{−\infty} ^{\infty} \frac{\mathrm{dz}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{z}^{\mathrm{2}} \right)\left(\mathrm{z}^{\mathrm{2}} +\mathrm{s}^{\mathrm{2}} \right)}=\mathrm{i}\pi.\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2i}\left(\mathrm{s}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)}+\mathrm{i}\pi.\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2is}\left(\mathrm{1}−\mathrm{s}^{\mathrm{2}} \right)} \\ $$$$=\frac{\pi}{\mathrm{2s}\left(\mathrm{1}+\mathrm{s}\right)}=\frac{\pi}{\mathrm{2s}}−\frac{\pi}{\mathrm{2}\left(\mathrm{1}+\mathrm{s}\right)} \\ $$$$\mathrm{f}\left(\mathrm{t}\right)=\mathcal{L}^{−} \left(\mathcal{L}\left(\mathrm{f}\left(\mathrm{t}\right)\right)=\mathcal{L}^{−} \left(\frac{\pi}{\mathrm{2}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{s}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{s}+\mathrm{1}}\right)\right)\right. \\ $$$$=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\mathcal{L}^{−} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{s}}\right)−\frac{\pi}{\mathrm{2}}\mathcal{L}^{−} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{s}+\mathrm{1}}\right)=\frac{\pi}{\mathrm{2}}−\frac{\pi}{\mathrm{2}}\mathrm{e}^{−\mathrm{t}} \\ $$$$\mathrm{f}\left(\mathrm{t}\right)=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{xt}\right)}{\mathrm{x}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}\mathrm{dx}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{1}−\mathrm{e}^{−\mathrm{t}} \right) \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{x}\right)}{\mathrm{x}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}\mathrm{dx}=\mathrm{f}\left(\mathrm{1}\right)=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{e}}\right) \\ $$$$ \\ $$
Answered by witcher3 last updated on 02/Aug/23
$$\mathrm{methode}\:\left(\mathrm{3}\right) \\ $$$$\mathrm{y}\left(\mathrm{t}\right)=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{xt}\right)}{\mathrm{x}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}\mathrm{dx},\mathrm{t}>\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{y}\left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{y}'\left(\mathrm{t}\right)=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{cos}\left(\mathrm{xt}\right)}{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx},\mathrm{y}'\left(\mathrm{0}\right)=\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{y}''\left(\mathrm{t}\right)=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}\left(\mathrm{xt}\right)}{\mathrm{x}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}\mathrm{dx} \\ $$$$\mathrm{Y}''\left(\mathrm{t}\right)−\mathrm{Y}\left(\mathrm{t}\right)=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \mathrm{sin}\left(\mathrm{xt}\right)}{\mathrm{x}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}−\frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{xt}\right)}{\mathrm{x}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}\mathrm{dx} \\ $$$$=−\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{xt}\right)}{\mathrm{x}}\mathrm{dx}=−\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{xt}\right)}{\mathrm{xt}}\mathrm{d}\left(\mathrm{xt}\right) \\ $$$$=−\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{z}\right)}{\mathrm{z}}\mathrm{dz}=−\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{y}''\left(\mathrm{t}\right)−\mathrm{y}\left(\mathrm{t}\right)=−\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{y}\left(\mathrm{t}\right)=\mathrm{ae}^{\mathrm{t}} +\mathrm{be}^{−\mathrm{t}} +\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{y}\left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0},\mathrm{y}'\left(\mathrm{0}\right)=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\Rightarrow \\ $$$$\begin{cases}{\mathrm{a}+\mathrm{b}=−\frac{\pi}{\mathrm{2}}}\\{\mathrm{a}−\mathrm{b}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}}\end{cases}\Rightarrow\mathrm{a}=\mathrm{0},\mathrm{b}=−\frac{\pi}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{y}\left(\mathrm{t}\right)=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{e}^{\mathrm{t}} }\right),\mathrm{y}\left(\mathrm{1}\right)=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{sin}\left(\mathrm{x}\right)}{\mathrm{x}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{e}}\right) \\ $$$$ \\ $$
Commented by MathedUp last updated on 03/Aug/23
$${i}\:{think}\:{you}\:{are}\:{god}\:{of}\:{math}\:{LOL} \\ $$
Commented by witcher3 last updated on 03/Aug/23
$$\mathrm{no}\:\mathrm{Just}\:\mathrm{i}\:\mathrm{just}\:\mathrm{orck}\:\mathrm{Hard}\:\mathrm{and}\:\mathrm{the}\:\mathrm{secret}\:\mathrm{is}\:\mathrm{always}\: \\ $$$$\mathrm{worck}\:\mathrm{hard}\:\mathrm{bro}\:\mathrm{do}\:\mathrm{your}\:\mathrm{best}\:\mathrm{and}\:\mathrm{stop}\:\mathrm{social}\:\mathrm{media}! \\ $$$$\mathrm{evrey}\:\mathrm{one}\:\mathrm{withe}\:\mathrm{enough}\:\mathrm{worck}\:\mathrm{progress}\:\mathrm{in}\:\mathrm{evrey}\: \\ $$$$\mathrm{steps}\:\mathrm{of}\:\mathrm{life},\: \\ $$$$\mathrm{in}\:\mathrm{this}\:\mathrm{forum}\:\mathrm{they}\:\mathrm{are}\:\mathrm{many}\:\mathrm{people}\:\mathrm{Good}\: \\ $$$$\mathrm{in}\:\mathrm{Maths}\:\&\mathrm{Physics}\:\mathrm{God}\:\mathrm{bless}\:\mathrm{You}\:\mathrm{Sir} \\ $$$$“\mathrm{please}\:\mathrm{Dont}\:\mathrm{use}\:\mathrm{God}\:\mathrm{for}\:\mathrm{a}\:\mathrm{person}\:'' \\ $$
Commented by MM42 last updated on 03/Aug/23
$${peace}\:{be}\:{upon}\:{you}\:.{you}\:{are}\:{a}\: \\ $$$${person}\:{with}\:{a}\:{personality}. \\ $$
Commented by witcher3 last updated on 09/Aug/23
$$\mathrm{thank}\:\mathrm{You}\:\mathrm{God}\:\mathrm{bless}\:\mathrm{You} \\ $$