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求解e^(-x^2)对全空间积分怎么搞呀

答案:2  悬赏:70  手机版
解决时间 2021-11-12 13:28
求解e^(-x^2)对全空间积分怎么搞呀
最佳答案
是高斯积分,比较常用的一个无穷积分,在概率论里面经常用到.
详细解答起来得话步骤比较多,符号输入比较麻烦,简述如下:
第一步:变成含参变量a的积分
把高斯积分里面的上限改成a,下限改成-a,变成含参变量a的积分(设a>0)。根据无穷积分的定义,高斯积分等于a趋向于无穷时该含参变量a积分的值。

第二步:平方,变为二重积分
将第一步的含参积分平方。相乘的两个积分中,其中一个的积分变量保持为x,另一个的积分变量改为y,然后整理为二重积分(如图所示)。
严格地说,把累次积分变为二重积分的变换并不总成立,要用富比尼定理判断。由该定理知,这里二重积分变为累次积分符合定理条件,同时二重积分的积分区域为累次积分的积分区域的“积空间”,即为边长为a、中心为(0,0)的正方形。

第三步:夹逼
任何实数的指数函数值大于0,因此该正方形内的内切圆的积分必须小于该二重积分。类似地正方形的外接圆积分必须大于该二重积分。(即涉及的两个积分区域含圆的积分中,被积函数与二重积分的被积函数一样,圆的半径分别为内切圆和外接圆的半径。)

第四步:极坐标变换求解积分区域含圆的积分
涉及的两个积分区域含圆的积分在直角坐标下极难求解,要用极坐标变换x=rcos 极角,y=rsin 极角,d(x,y)=rd(r,极角)求出。

第五步:求极限
求出两个含圆积分后,对其取a趋向于无穷时的极限,两者的极限都为pi. 根据夹逼定理,夹在两个含圆积分中间的二重积分的极限也为pi。 第一步中已经说过,a趋向于无穷时,该二重积分是高斯积分的平方,因此高斯积分等于sqrt(pi).
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解答如图

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