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108 政大微積分 第 3 題

考題 / 轉學考微積分 / 政大 / 微積分

108學年度 · 108微積分 · 第 3 題

題目

Problem

Find the integral

∫0∞xne−x2 dx.\int_0^\infty x^n e^{-x^2}\,dx.

(a) 12Γ ⁣(n+12)\dfrac12\Gamma\!\left(\dfrac{n+1}{2}\right)

(b) 12Γ ⁣(n2)\dfrac12\Gamma\!\left(\dfrac{n}{2}\right)

(c) 12Γ ⁣(n−12)\dfrac12\Gamma\!\left(\dfrac{n-1}{2}\right)

(d) Γ ⁣(n2)\Gamma\!\left(\dfrac{n}{2}\right)

(e) None of the above.

解答

解法一

思路

展開
  • 令 u=x2u=x^2,把瑕積分轉成 gamma 函數的定義式。

答題過程

展開

令 u=x2u=x^2,則 dx=12u−1/2 du\mathrm{d}x=\dfrac{1}{2}u^{-1/2}\,\mathrm{d}u,所以

∫0∞xne−x2 dx= 12∫0∞u(n−1)/2e−u du= 12Γ(n+12).\begin{align*} \int_0^\infty x^ne^{-x^2}\,\mathrm{d}x =&\,\frac12\int_0^\infty u^{(n-1)/2}e^{-u}\,\mathrm{d}u\\[4mm] =&\,\boxed{\frac12\Gamma\left(\frac{n+1}{2}\right)}. \end{align*}

答案為 (a)\boxed{\text{(a)}}。