De integraal van
f (x) = sin (ax)/x

Trefwoorden/keywords: integraal/integral, integreren/integrate, f (x) = sin (ax)/x

De grafiek van f (x) = sin (ax)/x voor a = 1 (de rode lijn),
a = 2 (de groene lijn) en a = 3 (de blauwe lijn)

Dirichlet

De oplossing van deze integraal, de Dirichlet-integraal, kun je elders vinden in de tabel met integralen:


De grafiek van F (x) voor a = 1 (de rode lijn),
a = 2 (de groene lijn) en a = 3 (de blauwe lijn), c = 0
Omdat de functie symmetrisch is ten opzichte van de y-as ga ik het antwoord iets anders opschrijven:
Nu ga ik de grenzen invullen:
Om te voorkomen dat je tegen de grenzen van je rekenprogramma aanloopt is het wel handig om niet iedere term opnieuw te berekenen, maar ten opzichte van de voorgaande term:
Het is belangrijk om te kijken naar de convergentie van deze reeks, want indien de reeks divergeert dan hebben we er niets aan. De belangrijkste voorwaarde voor convergentie is indien de termen uitdoven als het ware, dus als een term voor grote waarden van n kleiner is dan de voorgaande term (in absolute waarden gesproken uiteraard):
Voor deze reeks ziet dat er als volgt uit:
Deze reeks convergeert dus altijd, maar het uitdoven van de termen begint pas wanneer 2n > | ax |, oftewel n > | ax/2 |. En aangezien we integreren tot x = ∞ levert dat een probleem op. We kunnen dus slechts bij (zeer goede) benadering tot een antwoord komen. De grafiek hieronder loopt van x = 0 tot x = 2000.

De grafiek van F (x) voor a = 1 (de rode lijn)
Ik ga even inzoomen op het eerste deel van de grafiek, van x = 0 tot x = 100.

De grafiek van F (x) voor a = 1 (de rode lijn)
en f (x) = π (de blauwe lijn)
En ik ga even inzoomen op het laatste deel van de grafiek, van x = 1900 tot x = 2000.

De grafiek van F (x) voor a = 1 (de rode lijn)
en f (x) = π (de blauwe lijn)
Laat ik in dit geval voor de duidelijkheid ook even verticaal inzoomen.

De grafiek van F (x) voor a = 1 (de rode lijn)
en f (x) = π (de blauwe lijn)
Langzaam maar zeker convergeert de grafiek naar π zoals ook uit onderstaande tabel blijkt.
axF (x)
1103.31669518843774809866
11003.12445093377811258670
110003.14046624393754243630
1100003.14178309077192383144
11000003.14161264079878824568
13.14159265358979323846
2103.09648340208687968030
21003.13676467867893966672
210003.14195964793611016450
2100003.14151133071121517994
21000003.14158267915289746083
23.14159265358979323846
3103.13351308006070017581
31003.14176217642749903850
310003.14224305953632105231
3100003.14163241734230589471
31000003.14159928193520526477
33.14159265358979323846
Het antwoord is π en onafhankelijk van de waarde van a, want voor x = ∞ maakt het natuurlijk niet meer uit welke waarde van a daar dan nog voor staat (als x oneindig is dan is ax ook oneindig).