Re: [蔚藍] 伊吹:老師你看 考了100分
※ 引述《dahos (dahos)》之銘言:
: https://x.com/lam/status/1911615402217553983
: https://pbs.twimg.com/media/Godro06WUAAFqJ5.jpg

: 題目
: 請計算
: https://i.imgur.com/4G1FQwj.jpeg


: 推特上有其他人驗算是對的
: https://x.com/XGn7ogANxW41985/status/1911769614817833185
: https://pbs.twimg.com/media/Gof4U0wWAAAjdHv.jpg

: https://x.com/tatikaze_miyako/status/1909872250817593810
: https://pbs.twimg.com/media/GoE6sL_aUAAplj9.jpg

: ---------------------
: https://i.imgur.com/mg1Ym9A.gif

大家一起來跟著好孩子伊吹學數學吧!
首先,要知道,「所有有理函數都有反導函數」!(總之就是可以不定積分)
有理函數包含所有可以表示為兩個多項式相除的函數,例如x/(x-1)包含在內。
所以本題中的1/(1+x^4)當然也有反導函數,這麼說來不就很簡單了嘛!
所以方法一:找優香幫忙因式分解。
1/(1+x^4) = i/2 * [ 1/(x^2 +i) - 1/(x^2 -i) ]
我甚至還沒有因式分解到最後一步,這條路線顯然不可行。
順帶一提做到底的結果將會需要處理類似ln(i)這種看到就會頭痛的數字。
...雖然,其實也不是不能做啦,將i用棣美弗定理表示為e^(i*pi/2),
取自然對數便會得到i*pi/2的結果就是了
方法一徹底失敗,U卡媽媽可以先回去了,你說什麼?抱歉那隻蘿莉是萬魔殿團寵,
請不要對她動歪腦筋。
方法二:冪級數
眾所皆知的,1+1/2+1/4+... = 1 / (1- 1/2),
那麼我們能不能把這個操作反過來做?
當然可以,於是我們就有:1 / (1 - x ) = 1 + x + x^2 + x^3 + ...
同樣的道理套用到原題目,就得到
1 / [ 1 - (- x^4) ] = 1 - x^4 + x^8 - x^12 + ....
這東西當然是可以積分的!
對其積分得到 x - x^5 / 5 + x^9 / 9 - x^13 / 13 +...
所以這是啥?
......呃,方法二失敗!
事實上你去找積分表也會發現積分表沒有寫到這邊,光是使用初等微積分與工程數學
的內容根本無法解決這道題目,這樣大家對於十一歲的伊吹有沒有肅然起敬了呢?
那怎麼做?俗話說的好,平面上的問題無法解決時,有時候在三維空間就能秒殺。
而這題也類似的,當我們要對整條x軸做積分,不如我們將範圍擴張一下吧?
這裡的擴張並不單純只是向y軸擴張,我們是要對虛軸擴張。
https://imgur.com/SRtdfmF

想像這樣一個虛數平面上的半圓形,沿著半圓形逆時針走,會得到什麼呢?
你會得到一個是0但是又不是0的東西。
工三小??
事情是這樣的,封閉路徑上的積分應該要是0才對(柯西積分定理),
但是如果這個曲線包住了一些討厭的東西,那就會導致不好的後果,
我們得把這些壞胚子吊起來,就如同我們對待那些殘黨。
沒錯,這就是複變函數論中所說的留數定理,又稱殘數定理。
那又跟我們的原題目有啥關聯?
回想一下剛才那個半圓形,如果我們把半徑推到無窮大,
那麼底下的直線部分就是我們想要的積分範圍。
上半圓呢,也不用擔心,反正半徑無限大的時候他會是0的。
所以簡單來說是這樣的:
沿著整個半圓積分 = 殘黨
||
沿著半圓積分 + 沿著直徑積分
||(半徑推到無窮之後)
0 + 我們想算的東西
所以原題目就是那些殘黨!
首先我們得找出那些殘黨,殘黨就是一群會讓分母為0的兔崽子,
好消息是,這些殘黨剛好在我們的方法一算過了,感謝U卡媽媽!
他們剛好是e^(i k pi/4),k = 1, 3, 5, or 7
完美,只有兩個位於我們想積分的範圍內,所以最後就知道你想算的東西可以表達為
那兩點的留數,
pi/2i * [ e^(i pi/4) + e^(3i pi/4)] = pi/2i * [i sqrt2] = pi / sqrt2
真是令人讚嘆不已!All Hail Ibuki! All Hail IBUKI!
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以雙眼親睹靈魂的奧秘
以雙手掌握生命的法則
人類不應觸及,僅屬於神祇的禁忌之天頂…不曾存在!
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沒關係,我們也跟小春一樣色,所以大家都是小春!
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大家一起跟伊吹一起預習複習吧
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教育現場常有的一句話:你要還給老師,那你要先從老師那裏得到過啊
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複變真美好,實變狗屎
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不瞞你說我也是邊打邊睡
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他開了緋紅之王,繞過所有留數定理的過程,只保留結論的算式!
對基本上就是他的積分表比較大一張啦
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