awesome exponential trig double factorial integral

แชร์
ฝัง
  • เผยแพร่เมื่อ 11 ต.ค. 2024
  • awesome integral with a surprising answer
    We calculate the integral of exp(2 cos(x)) from 0 to pi using series and complex analysis, more specifically power series and residue calculus. The result is guaranteed to surprise you and is related to Bessel functions in physics. This is a must-see for any complex analysis lover, enjoy!!
    YT channel: / drpeyam
    TikTok channel: / drpeyam
    Instagram: / peyamstagram
    Teespring merch: teespring.com/...

ความคิดเห็น • 52

  • @jackkalver4644
    @jackkalver4644 วันที่ผ่านมา +1

    Once again, no closed form, but an awesome approximation using only rational numbers!

  • @renesperb
    @renesperb วันที่ผ่านมา

    One could add that all the Besselfunctions have integral representations similar to the one found in this video.
    One has I0[z]= 1/π Int Exp[±z cos t] ,0< t< π .These functions arise e. g. in solutions of various differential equations.

  • @Chariotuber
    @Chariotuber 2 วันที่ผ่านมา +4

    awesome integral, awesome shirt, and awesome tattoo! I'm glad I recognized the Bessel function almost instantly because I've been working on something that uses it

  • @cycklist
    @cycklist 2 วันที่ผ่านมา +14

    Think you forgot to edit out various parts of this :)

    • @drpeyam
      @drpeyam  2 วันที่ผ่านมา +8

      I actually did cut things out but the video didn’t finish processing

    • @wolliwolfsen291
      @wolliwolfsen291 2 วันที่ผ่านมา

      And what‘s the Limit of this sum?

    • @vector3042
      @vector3042 2 วันที่ผ่านมา +3

      That's just part of his charm

  • @ManyWaysMA
    @ManyWaysMA 2 วันที่ผ่านมา +3

    My approach to this problem was to write out the series expansion of e^(2cos(x)). Switched the integration-summation order and then found an expression for int(0,pi){cos(x)^n}dx
    In the end I had: sum(k, 0, infinity) {2^(2k)/(2k)! * (2k - 1)!!/(2k - 2)!! * pi/2}
    (Here I am summing all even integers because the integral of an odd powered cosine is 0)
    After simplifying all the double factorials you end up with:
    Sum(k, 0, infinity){1/(k!)^2} * pi

  • @giotremori2251
    @giotremori2251 2 วันที่ผ่านมา +1

    Dr Peyam, ive taken calc for a month and i love it thanks for all the help

  • @hotlatte1222
    @hotlatte1222 2 วันที่ผ่านมา +3

    You look like wearing a whole Galaxy, and which makes your Euler tatoo more magic.

    • @drpeyam
      @drpeyam  2 วันที่ผ่านมา +2

      Thank you!!! 😊

  • @grexy
    @grexy 2 วันที่ผ่านมา +1

    Thats one hell of an amazing integral!!!

    • @drpeyam
      @drpeyam  2 วันที่ผ่านมา +1

      Thank you :3

  • @michaelz2270
    @michaelz2270 2 วันที่ผ่านมา +1

    It boils down to 1/2 * the integral from 0 to 2pi of e^(z + 1/z) dz/ iz. By the residue theorem this is pi times the residue of e^(z + 1/z)/z at z = 0. Then use e^(z) = sum n>=0 z^n/n! and e^(-z) = sum n>=0 z^(-n)/n! to realize the constant coefficient of e^(z + 1/z) = e^(z)e^(-z) is the sum over n of 1/(n!)^2. So the overall answer is pi times this. 1800s math was filled with curious identities like this, it's a fascinating lost subject.

    • @doctorb9264
      @doctorb9264 14 ชั่วโมงที่ผ่านมา

      Impressive.

  • @TheOriginalJohnDoe
    @TheOriginalJohnDoe 2 วันที่ผ่านมา +1

    Dr Peyam is sparkling today :D

    • @drpeyam
      @drpeyam  2 วันที่ผ่านมา +1

      Thank you ✨

  • @wagsman9999
    @wagsman9999 2 วันที่ผ่านมา +1

    Nice. Need to brush up on my complex analysis.

    • @drpeyam
      @drpeyam  2 วันที่ผ่านมา +1

      Go for it!

  • @celestindupilon2773
    @celestindupilon2773 วันที่ผ่านมา

    "And using this we can transform this integral into a much simpler one." Snip Snip... Dr. Peyam performs a little magic! I love it!

    • @drpeyam
      @drpeyam  วันที่ผ่านมา

      🫰🫰

  • @alipourzand6499
    @alipourzand6499 2 วันที่ผ่านมา +1

    "Laborieux!", but the result is indeed surprising. I was wondering why we have to bother using contour integral since a u substitution could do the trick but there was a reason ...

    • @drpeyam
      @drpeyam  2 วันที่ผ่านมา +1

      I’d be interested to see the u sub solution! Contour integrals make this elegant though

    • @alipourzand6499
      @alipourzand6499 2 วันที่ผ่านมา

      @@drpeyam please consider this with caution, this is an answer from an electric engineer!
      u = e^ix
      du = i e^ix dx= iu dx
      dx = du/iu
      Then the integration limits go wrong since -pi, pi -> -1, -1
      But if we continue we obtain
      (1/i) int{ e^u/u^(N+1) }
      Then if we develop e^u as 1 + u + u^2/2! + u^3/3! +... and devide it by the denominator u^(N+1), we obtain a sum of 1/u^(N+k) that can be integrated and the result seems to be
      Sum(u^(N-k) / (N-k)), k = 0 to N
      We found the N! Somehow in the common denominatr.

  • @mathwithbala2096
    @mathwithbala2096 2 วันที่ผ่านมา +1

    Can we use properties of definite integral. x equal to pi-x

  • @thomasjefferson6225
    @thomasjefferson6225 2 วันที่ผ่านมา +1

    Bruh, youre slayin in that long sleeve.

    • @drpeyam
      @drpeyam  2 วันที่ผ่านมา

      Thank you!!!

    • @slavinojunepri7648
      @slavinojunepri7648 2 วันที่ผ่านมา

      Very good outfit indeed

  • @SystemsMedicine
    @SystemsMedicine 2 วันที่ผ่านมา

    Hi Drop. Let me add to the cacophony of super slick starry shirt sycophants. Also, one could consider a Taylor expansion for cos(x) instead.

  • @slavinojunepri7648
    @slavinojunepri7648 2 วันที่ผ่านมา

    Just curious about a close form for the final summation.

  • @shutupimlearning
    @shutupimlearning วันที่ผ่านมา

    What is the dominated convergence theorem? Is it a similar condition to uniform convergence of a sequence letting you swap integral and series?

  • @ThinkDifferentlier
    @ThinkDifferentlier 2 วันที่ผ่านมา +2

    I have ∫f(x)dx tattooed on my arm.

    • @drpeyam
      @drpeyam  2 วันที่ผ่านมา +2

      Nice!!!

  • @NorthMavericks-ow7jk
    @NorthMavericks-ow7jk 2 วันที่ผ่านมา +2

    Nice

  • @doctorb9264
    @doctorb9264 14 ชั่วโมงที่ผ่านมา

    So you're doing a quick math video on your way to the disco ? Nice shirt Peyam.

    • @drpeyam
      @drpeyam  14 ชั่วโมงที่ผ่านมา

      Hahaha always time for some math 😂

  • @Haxor6666
    @Haxor6666 2 วันที่ผ่านมา

    solve the sum to fully solve the problem, it is a convergent sum si it must be solvable

    • @doctorb9264
      @doctorb9264 14 ชั่วโมงที่ผ่านมา

      Not at all true.

  • @tushardas4140
    @tushardas4140 2 วันที่ผ่านมา

    A beautiful integral

  • @dean532
    @dean532 2 วันที่ผ่านมา

    A typical engineering integral from signals and systems

  • @nicogehren6566
    @nicogehren6566 2 วันที่ผ่านมา

    very interesting question

  • @Clipaholick
    @Clipaholick 2 วันที่ผ่านมา

    sick

  • @tgeofrey
    @tgeofrey 2 วันที่ผ่านมา +1

    Where have been

  • @maxvangulik1988
    @maxvangulik1988 21 ชั่วโมงที่ผ่านมา

    2cos(x)=e^ix+e^-ix
    I=int[0,pi](e^(e^ix+e^-ix))dx
    u=e^ix
    du=ie^ix•dx
    I=i•int[-1,1](e^(u+1/u)/u)du
    u->1/u
    du->-du/u^2
    I=-i•int[-1,1](e^(u+1/u)/u)du
    I=-I
    2I=0
    I=0

    • @drpeyam
      @drpeyam  21 ชั่วโมงที่ผ่านมา

      No 1/u is not one to one on [-1,1]

    • @maxvangulik1988
      @maxvangulik1988 21 ชั่วโมงที่ผ่านมา

      @@drpeyamit is one-to-one, but it's not continuous

    • @maxvangulik1988
      @maxvangulik1988 21 ชั่วโมงที่ผ่านมา

      regardless, I'm almost certain i did the problem horribly wrong

  • @saath9738
    @saath9738 2 วันที่ผ่านมา

    Awesome video Sir! I could catch on up until the taylor series part but I have no idea what contour integrals and residues are, are there any resources you'd suggest for me to explore on this, preferably something for beginners (I'm in grade 12 in India, that should be calc 2 + whatever's there in vectors, line integrals, partial differentiation (+ gradient/divergence/curl etc.))

    • @drpeyam
      @drpeyam  2 วันที่ผ่านมา

      Yes of course, check out my complex analysis playlist!

    • @saath9738
      @saath9738 2 วันที่ผ่านมา

      @@drpeyam Sure! Thank you so much!