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)
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.
a | x | F (x) |
1 | 10 | 3.31669518843774809866 |
1 | 100 | 3.12445093377811258670 |
1 | 1000 | 3.14046624393754243630 |
1 | 10000 | 3.14178309077192383144 |
1 | 100000 | 3.14161264079878824568 |
1 | ∞ | 3.14159265358979323846 |
2 | 10 | 3.09648340208687968030 |
2 | 100 | 3.13676467867893966672 |
2 | 1000 | 3.14195964793611016450 |
2 | 10000 | 3.14151133071121517994 |
2 | 100000 | 3.14158267915289746083 |
2 | ∞ | 3.14159265358979323846 |
3 | 10 | 3.13351308006070017581 |
3 | 100 | 3.14176217642749903850 |
3 | 1000 | 3.14224305953632105231 |
3 | 10000 | 3.14163241734230589471 |
3 | 100000 | 3.14159928193520526477 |
3 | ∞ | 3.14159265358979323846 |
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).