Integral de Frullani

Les integrals de Frullani són un tipus específic d'integral impròpia que rep el nom del matemàtic italià Giuliano Frullani,[1] qui les va esmentar per primera vegada en una carta el 1821 i publicada el 1828.

Les integrals són de la forma

on és una funció sobre , i el límit de existeix a .

La següent fórmula per a la seva solució general es compleix en determinades condicions:

Demostració

modifica

Una demostració simple de la fórmula es pot arribar expandint l'integrand en una integral, i després utilitzant el teorema de Fubini per intercanviar les dues integrals:

 

Tingueu en compte que la integral de la segona línia anterior s'ha pres sobre l'interval  , i no sobre  .

Fórmules de Frullani

modifica

La primera fórmula de Frullani

modifica

Si   i  , llavors la fórmula següent és vàlida:

 
Demostració:
 
   
 
     
 

Segona fórmula de Frullani

modifica

Si   i   aleshores, la fórmula següent és vàlida:

 
Demostració:
  
  
 
 
 
 
     
 
 

La tercera fórmula de Frullani

modifica

Si   i   и   aleshores, la fórmula següent és vàlida:

 

Aplicacions

modifica

La fórmula es pot utilitzar per derivar una representació integral per al logaritme natural   amb   i  :

 

o per derivar   amb  :

 

La fórmula també es pot generalitzar de diverses maneres diferents.[2]

Exemples

modifica

Gràcies a la integral de Frullani i amb l'ajut de transformacions elementals, diferenciació i integració respecte a un paràmetre, es poden reduir moltes altres integrals impròpies.

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Referències

modifica
  1. Frullani, 1828, p. 448-467.
  2. Bravo, Sergio; González, Ivan; Kohl, Karen; Moll, Victor H «Integrals of Frullani type and the method of brackets» (en anglès). Open Mathematics, 15(1), 21-01-2017. DOI: 10.1515/math-2017-0001.

Bibliografia

modifica
  • Arias de Reyna, Juan «On the Theorem of Frullani» ( PDF) (en anglès). Proc. A.M.S., 109, 1990, pàg. 165-175.
  • Boros, G; Moll, V. Irresistible Integrals (en anglès), 2004, p. 98. 
  • Bromwich, T.J. An Introduction to the Theory of Infinite Series (en anglès). Macmillan, 1908, p. 432-433. 
  • Frullani, G. Sopra Gli Integrali Definiti (en italià). XX. Modena: Memorie della Società Italiana delle Scienze, 1828. 
  • Ostrowski, A.M «On Some Generalizations of the Cauchy-Frullani Integral» (en anglès). Proceedings of the National Academy of Sciences, 35(10), octubre 1949, pàg. 612-616. PMC: 1063092. PMID: 16588938.
  • Ostrowski, A. M «On Cauchy-Frullani Integrals» (en anglès). Commentarii Mathematici Helvetici, 51, 1976, pàg. 57–91. DOI: 10.1007/BF02568143.
  • Tricomi, Francesco G «On the theorem of Frullani» (en anglès). American Mathematical Monthly, 58, 1951, pàg. 158–164.