אינטגרל גאוסיאני – הבדלי גרסאות

תוכן שנמחק תוכן שנוסף
שורה 11:
הנוסחה הכללית עבור גאוסיאן במשתנה אחד היא כלדהלן:
<div style="text-align: center;">
<math>\ \int_{-\infty}^{+\infty} e^{-ax^2 - bx - c}\, dx = \sqrt{\frac{\pi}{a}} e^{\frac{b^2 - 4ac}{4a}} = \sqrt{\frac{\pi}{a}} \exp{\left(\frac{b^2 - 4ac}{4a}\right)}, \quad a > 0 </math>
</div>
=== הוכחת הנוסחה ===
 
את הנוסחה מוכיחים בשלושה שלבים:
# מחשבים את <math>\int_{-\infty}^{+\infty} e^{-x^2}\,dx</math>
# מחשבים את <math>\int_{-\infty}^{+\infty} e^{-ax^2}\,dx</math> באמצעות [[החלפת משתנים]].
# מחשבים את <math>\int_{-\infty}^{+\infty} e^{-ax^2 - bx - c}\, dx</math> באמצעות [[השלמה לריבוע]].
 
==== שלב 1 ====
כדי לחשב <math>I = \int_{-\infty}^{+\infty} e^{-x^2}\,dx</math> נכפול את <math>\ I</math> באותו אינטגרל:
: <math> I^2 = \int_{-\infty}^{+\infty} e^{-x^2}\,dx \int_{-\infty}^{+\infty} e^{-y^2}\,dy </math>
מחוקי אינטגרל כפול ([[משפט פוביני]]) וכפל [[אקספוננט]]ים מקבלים ש
: <math>\ I^2 = \int_{-\infty}^{\infty} \int_{-\infty}^{\infty} e^{-(x^2 + y^2)}\,dxdy</math>
נשים לב שזוהי אינטגרציה על כל המישור <math>\ x-y</math>. נבצע החלפת משתנים לתיאור האינטגרציה ב[[קואורדינטות קוטביות]] <math>\ r, \phi</math>
כאשר
שורה 48:
==== שלב 2 ====
 
מבצעים את החלפת המשתנים הבאה: <math>\ y^2 = a x^2 \ , \ y = \sqrt{a} x \ , \ dx = \frac{dy}{\sqrt{a}}</math> ואז <math>\int_{-\infty}^{+\infty} e^{-ax^2}\,dx = \frac{1}{\sqrt{a}} \int_{-\infty}^{\infty} e^{-y^2}\, dy = \sqrt{\frac{\pi}{a}} </math>
 
==== שלב 3 ====
שורה 59:
 
יש לציין שאינטגרל זה הוא [[פונקציה זוגית]] ולכן
: <math>\ \int_{-\infty}^{\infty} e^{-x^2}\, dx = 2 \int_{0}^{\infty} e^{-x^2}\, dx </math>
 
ניתן לחשב את האינטגרל גם כאשר הוא האינטגרדהאינטגרנד נכפל ב[[חזקה]] של <math>\ x</math>,
:<math>\begin{align}
&\int_0^\infty x^{2n} e^{-x^2/a^2}\,dx