Hilfe für komplexes Integral



  • Kann mir jemand einen Tipp geben, wie ich
    ∫0πe−(Reix)2dx\int_0^\pi e^{-(R e^{i x})^2} \,\mathrm{d}x
    direkt ausrechnen kann ohne den Umweg über das Euler–Poisson Integral zu gehen? Oder geht das nicht?



  • Hm, vielleicht könnte man es so machen:
    Sei \gamma(x) := Re^{ix} \Rightarrow \gamma'(x) = iRe^{ix} = i\gamma(x), x \in [0, \pi] ein parametrisierter Weg. Aus der Definition des Konturintegrals folgt dann:
    ∫_0πe−(Reix)2dx=∫_γe−z2izdz\int\limits\_0^{\pi} e^{-(Re^{ix})^2} dx = \int\limits\_{\gamma} \frac{e^{-z^2}}{iz} dz
    Die Cauchy-Integralformel lautet: f(a)=∫γ12πif(z)z−adzf(a) = \int\limits_\gamma \frac{1}{2\pi i}\frac{f(z)}{z-a} dz
    Mit a=0a = 0 und f(0)=e−02=1f(0) = e^{-0^2} = 1 würde dann ∫0πe−(Reix)2dx=2π\int\limits_0^{\pi} e^{-(Re^{ix})^2} dx = 2\pi folgen.

    Edit: Ich sehe gerade WolframAlpha sagt π\pi. Hm, gerade keine Ahnung, was falsch ist.

    Edit2: Dummer Fehler, die Cauchy-Integralformel gilt natürlich nur für um Sigularitäten geschlossene Konturintegrale: ∮γ12πif(z)z−adz=f(a)\oint\limits_\gamma \frac{1}{2\pi i}\frac{f(z)}{z-a}dz = f(a)



  • So geht es aber:
    Sei \gamma(x)=Re^{ix}, x \in [0, 2\pi] ein geschlossener Weg, dann gilt mit f(z)=e−z2zf(z)=\frac{e^{{-z}^2}}{z} aufgrund der Cauchy-Integralformel (siehe erste Antwort): ∮γ1if(z)zdz=2π\oint\limits_\gamma \frac{1}{i}\frac{f(z)}{z}dz = 2\pi
    Seien \gamma_1(x)=Re^{ix}, x \in [0, \pi] und \gamma_2(x)=Re^{ix}, x \in [\pi, 2\pi] die beiden Halbkreise um den Ursprung, dann gilt insbesondere: ∮γ1if(z)zdz=∫γ_11if(z)zdz+∫_γ21if(z)zdz\oint\limits_\gamma \frac{1}{i}\frac{f(z)}{z}dz = \int\limits_{\gamma\_1} \frac{1}{i}\frac{f(z)}{z}dz + \int\limits\_{\gamma_2} \frac{1}{i}\frac{f(z)}{z}dz.
    Aus dem Integralsatz von Cauchy folgt die Wegunabhängigkeit der Integrale und damit gilt, da f antisymmetrisch ist: ∫γ_11if(z)zdz=∫_γ21if(z)zdz\int\limits_{\gamma\_1} \frac{1}{i}\frac{f(z)}{z}dz = \int\limits\_{\gamma_2} \frac{1}{i}\frac{f(z)}{z}dz, also folgt 2π=∮γ1if(z)zdz=2∫γ_11if(z)zdz=2∫_0πe−(Reix)2dx⇒∫0πe−(Reix)2dx=π2\pi = \oint\limits_\gamma \frac{1}{i}\frac{f(z)}{z}dz = 2 \int\limits_{\gamma\_1} \frac{1}{i}\frac{f(z)}{z}dz = 2\int\limits\_0^{\pi} e^{-(Re^{ix})^2} dx \Rightarrow \int\limits_0^{\pi} e^{-(Re^{ix})^2} dx = \pi


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