home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #26 / NN_1992_26.iso / spool / sci / math / 14748 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1992-11-10  |  4.6 KB

  1. Xref: sparky sci.math:14748 sci.math.symbolic:2941
  2. Path: sparky!uunet!charon.amdahl.com!pacbell.com!decwrl!sun-barr!cs.utexas.edu!zaphod.mps.ohio-state.edu!pacific.mps.ohio-state.edu!linac!att!news.cs.indiana.edu!nstn.ns.ca!ac.dal.ca!cordes
  3. From: cordes@ac.dal.ca (John Cordes)
  4. Newsgroups: sci.math,sci.math.symbolic
  5. Subject: Re: Help wanted in integration.
  6. Message-ID: <1992Nov10.231130.8776@ac.dal.ca>
  7. Date: 10 Nov 92 23:11:30 -0400
  8. References: <Nov.6.00.08.18.1992.2647@gandalf.rutgers.edu> <1992Nov10.031024.4001@wri.com> <1992Nov10.171604.8765@ac.dal.ca>
  9. Organization: Dalhousie University, Halifax, Nova Scotia, Canada
  10. Lines: 98
  11.  
  12. In article <1992Nov10.171604.8765@ac.dal.ca>, cordes@ac.dal.ca (John Cordes) writes:
  13. > In article <1992Nov10.031024.4001@wri.com>, victor@tuamotu.wri.com (Victor Adamchik) writes:
  14. >> In article <Nov.6.00.08.18.1992.2647@gandalf.rutgers.edu>  
  15. >> amarmahb@gandalf.rutgers.edu (Amar Mahboob Ali) writes:
  16. >>> 
  17. >>> Hi
  18. >>> 
  19. >>> Can anyone please help me in integrating the following.
  20. >>> 
  21. >>>            infinity
  22. >>> 
  23. >>>                 / 4    2             2
  24. >>>                | x  sin (Pi a x)  sin (Pi b x)
  25. >>>                | ---------------------------- dx
  26. >>>                |    2    2 2   2    2 2
  27. >>>               /   (x  - d )  (x  - c )
  28. >>> 
  29. >>>       -infinity       
  30. >>>       
  31. >>> 
  32. >>> Where a,b,c and d are positive intergers.
  33. >>> 
  34. >>> This function has double poles on the real axis. Hence theorems
  35. >>> related to computing such definite integrals dont seem to help me,
  36. >>> as they allow at the most a simple pole on the real axis. Is there
  37. >>> some other theorem that I can use? I would appretiate the least bit of
  38. >>> help on this.
  39. >>> 
  40. >>> I am begining to think that there is no closed form solution. 
  41. >>> Please help.
  42. >>> 
  43. >>> Thanks
  44. >>> 
  45. >>> Amar
  46.  
  47. >  ***** Remarks by Cordes in previous posting **************************
  48. >   I didn't see the original posting, but just wanted to throw in the
  49. > comment that there are _no_ poles on the real axis. The sine functions in
  50. > the numerator vanish (linearly) at integer values of x, thus cancelling the
  51. > vanishing denominators. Contour integration should handle the evaluation of
  52. > your integral without too much difficulty (1st deform the integration
  53. > contour away from the real axis, avoiding the points c,d; then introduce
  54. > the complex exponential forms for the sine functions and expand the
  55. > products in the numerator; close the contour appropriately for the various
  56. > pieces, and do a little residue calculus). 
  57. >   If in fact the integrand _did_ have double poles on the real axis (the 
  58. > integration contour) the integral would be divergent. When there are only 
  59. > simple poles a finite value can be extracted by the Cauchy principal value 
  60. > procedure.
  61. > BTW, I haven't done the contour integration outlined above so have no
  62. > particular reason to doubt the solution found using Mathematica as given in
  63. > the next few lines. As I write this, however, inspection of the integral
  64. > posed suggests to me that it should be finite even for c=d, so I am
  65. > suspicious of the answer given. 
  66. >> ******  V. Adamchik's earlier results  ****************
  67. >> I evaluated your integral in the closed form and 
  68. >> hope the following answer is a correct for integer a,b,c and d: > 
  69. >> if 0 < a <= b then (a*(c^2 + d^2)*Pi^2)/(16*(c^2 - d^2)^2) 
  70. >> if 0 < b <= a then (b*(c^2 + d^2)*Pi^2)/(16*(c^2 - d^2)^2) 
  71.  
  72. >> I checked numerically (the precision was 6 digits) it for 
  73. >> c = 2; d = 1; a = 3; b = 4 
  74. >> c = 2; d = 1; a = 7; b = 4
  75. >> and 
  76. >> c = 2; d = 4; a = 3; b = 4 
  77. >> If you are interested to look at the
  78. >> proof send me email. I have 
  79. >> used Mathematica to get that result.
  80. >> Victor Adamchik 
  81. >> victor@wri.com 
  82. ********************************************************************
  83.  
  84.  I've now done the integral by the contour integration technique I outlined 
  85. previously; I get, for d not equal to c, a result which is exactly 4 times 
  86. the result given by Adamchik above. A very limited numerical test, for the 
  87. first of Adamchik's test cases, seemed to check out ok.
  88.  
  89.  For d equal to c the integral is harder to do (now a fourth order pole 
  90. involved); my answer is
  91.  
  92. if 0 < b <= a then (31/32)*Pi^2*b/c^2 + Pi^4*b^2*(a-b/3)/8.
  93.  
  94. Interchanging a and b would give the result for a<b. However, I have not 
  95. been able to numerically confirm this result. For a=4,b=3,c=2, my 
  96. expression above gives 335.9265669..., whereas my best effort to evaluate 
  97. the integral numerically gives 328.98100... . It is very difficult to get 
  98. convergence for this integral, however, so I'm still not convinced that my 
  99. algebra has gone astray.
  100.  
  101.  
  102.  John Cordes, Dept. of Physics,
  103.  Dalhousie University, Halifax, N.S.,
  104.  Canada  B3H 3J5       Internet: cordes@ac.dal.ca
  105.  
  106.