awesome integral with a surprising answer

แชร์
ฝัง
  • เผยแพร่เมื่อ 10 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 • 48

  • @renesperb
    @renesperb 21 ชั่วโมงที่ผ่านมา

    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 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

  • @ManyWaysMA
    @ManyWaysMA 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

  • @cycklist
    @cycklist วันที่ผ่านมา +14

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

    • @drpeyam
      @drpeyam  วันที่ผ่านมา +8

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

    • @wolliwolfsen291
      @wolliwolfsen291 วันที่ผ่านมา

      And what‘s the Limit of this sum?

    • @vector3042
      @vector3042 วันที่ผ่านมา +3

      That's just part of his charm

  • @hotlatte1222
    @hotlatte1222 วันที่ผ่านมา +3

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

    • @drpeyam
      @drpeyam  วันที่ผ่านมา +2

      Thank you!!! 😊

  • @TheOriginalJohnDoe
    @TheOriginalJohnDoe วันที่ผ่านมา +1

    Dr Peyam is sparkling today :D

    • @drpeyam
      @drpeyam  วันที่ผ่านมา +1

      Thank you ✨

  • @celestindupilon2773
    @celestindupilon2773 19 ชั่วโมงที่ผ่านมา

    "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  15 ชั่วโมงที่ผ่านมา

      🫰🫰

  • @giotremori2251
    @giotremori2251 วันที่ผ่านมา +1

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

  • @grexy
    @grexy วันที่ผ่านมา +1

    Thats one hell of an amazing integral!!!

    • @drpeyam
      @drpeyam  วันที่ผ่านมา +1

      Thank you :3

  • @jackkalver4644
    @jackkalver4644 10 ชั่วโมงที่ผ่านมา

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

  • @wagsman9999
    @wagsman9999 วันที่ผ่านมา +1

    Nice. Need to brush up on my complex analysis.

    • @drpeyam
      @drpeyam  วันที่ผ่านมา +1

      Go for it!

  • @michaelz2270
    @michaelz2270 วันที่ผ่านมา

    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.

  • @thomasjefferson6225
    @thomasjefferson6225 วันที่ผ่านมา +1

    Bruh, youre slayin in that long sleeve.

    • @drpeyam
      @drpeyam  วันที่ผ่านมา

      Thank you!!!

    • @slavinojunepri7648
      @slavinojunepri7648 วันที่ผ่านมา

      Very good outfit indeed

  • @dean532
    @dean532 วันที่ผ่านมา +1

    A typical engineering integral from signals and systems

  • @Haxor6666
    @Haxor6666 วันที่ผ่านมา

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

  • @alipourzand6499
    @alipourzand6499 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  วันที่ผ่านมา +1

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

    • @alipourzand6499
      @alipourzand6499 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.

  • @ThinkDifferentlier
    @ThinkDifferentlier วันที่ผ่านมา +2

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

    • @drpeyam
      @drpeyam  วันที่ผ่านมา +2

      Nice!!!

  • @SystemsMedicine
    @SystemsMedicine 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.

  • @tushardas4140
    @tushardas4140 วันที่ผ่านมา

    A beautiful integral

  • @mathwithbala2096
    @mathwithbala2096 วันที่ผ่านมา +1

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

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

    Nice

  • @shutupimlearning
    @shutupimlearning 12 ชั่วโมงที่ผ่านมา

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

  • @nicogehren6566
    @nicogehren6566 วันที่ผ่านมา

    very interesting question

  • @slavinojunepri7648
    @slavinojunepri7648 วันที่ผ่านมา

    Just curious about a close form for the final summation.

  • @Clipaholick
    @Clipaholick วันที่ผ่านมา

    sick

  • @tgeofrey
    @tgeofrey วันที่ผ่านมา +1

    Where have been

  • @maxvangulik1988
    @maxvangulik1988 43 นาทีที่ผ่านมา

    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  34 นาทีที่ผ่านมา

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

    • @maxvangulik1988
      @maxvangulik1988 32 นาทีที่ผ่านมา

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

    • @maxvangulik1988
      @maxvangulik1988 30 นาทีที่ผ่านมา

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

  • @saath9738
    @saath9738 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  วันที่ผ่านมา

      Yes of course, check out my complex analysis playlist!

    • @saath9738
      @saath9738 วันที่ผ่านมา

      @@drpeyam Sure! Thank you so much!