¿Qué es [math] \ displaystyle \ int_0 ^ 1 \ dfrac {\ ln (x)} {\ cosh (x)} \ text {d} x [/ math]?

La integral dada no parece ser solucionable en términos de funciones estándar o elementales.

Comenzaré con una forma algo detallada de resolverlo numéricamente.

La expansión de la serie de potencia para [math] \ dfrac {\ ln (x)} {\ cosh (x)} [/ math] sobre el punto [math] x = 0 [/ math] se puede generar con Mathematica escribiendo el código :

Serie [Log [x] / Cosh [x], {x, 0, 12}]

El resultado o resultado obtenido (expansión al orden [matemático] 12º [/ matemático]) es:

[matemáticas] \ displaystyle \ ln (x) – \ frac {1} {2} x ^ 2 \ ln (x) + \ frac {5} {24} x ^ 4 \ ln (x) – \ frac {61} {720} x ^ 6 \ ln (x) + \ frac {277 x ^ 8 \ ln (x)} {8064} – \ frac {50521 x ^ {10} \ ln (x)} {3628800} + \ frac {540553 x ^ {12} \ ln (x)} {95800320} + O \ left ({x} ^ {13} \ right) [/ math]

Utilizando e integrando la expansión de la serie de potencia al término [matemático] 100º [/ matemático], el valor numérico de la integral definida con los límites de integración entre [matemático] 0 [/ matemático] y [matemático] 1 [/ matemático] puede se calculará con Mathematica escribiendo:

N [Integrar [
Normal [Serie [Log [x] / Cosh [x], {x, 0, 100}]], {x, 0, 1}], 30]

El resultado o la solución numérica obtenida es (llamando a la integral dada [matemáticas] I [/ matemáticas]):

[matemáticas] \ color {rojo} {I \ aprox -0.951383418236614681326518034282} [/ matemáticas]

A continuación se muestra una representación gráfica de la integral (de Wolfram Alpha):

Otra forma más rápida de encontrar el valor numérico de la integral es escribir el código de Mathematica:

NIntegrate [Log [x] / Cosh [x], {x, 0, 1}]

La integral se puede encontrar usando la definición de coseno hiperbólico:

[matemáticas] cosh (x) = \ frac {e ^ x + e ^ {- x}} {2}. [/ matemáticas]

Por lo tanto, la integral se puede reescribir como

[matemáticas] I = 2 \ int_ {0} ^ {1} \ frac {\ ln (x)} {e ^ x + e ^ {- x}} \ text {d} x. [/ matemáticas]

¿Quizás hacemos integración por partes? ¿Quizás hacemos integración por sustitución? ¿Quizás hacemos la integración dividiendo [matemáticas] {e ^ x + e ^ {- x}} [/ matemáticas] en fracciones separadas?

He progresado de la siguiente manera, puede que no logre una respuesta final, pero es un progreso.

Diga [math] u = e ^ x [/ math], luego, [math] \ text {d} u = u \ text {d} x [/ math]

[matemáticas] I = 2 \ int_ {0} ^ {1} \ frac {\ ln (\ ln (u))} {u + 1 / u} \ text {d} u [/ math]

Por partes, usando esa [matemática] \ int \ frac {1} {1 + u ^ 2} \ text {d} u = \ arctan (u), [/ math] tenemos

[matemáticas] I = 2 [\ arctan (u) {u \ ln (\ ln (u))}] _ {u = 1} ^ {u = e} – \ int_ {1} ^ {e} {\ frac {\ arctan (u)} {\ ln (\ ln (u)) + 1 / \ ln (u)}} \ text {d} u [/ math]

¿Lo he hecho más simple o más complicado?

Supongo que por ch (x) quisiste decir [matemáticas] \ cosh x [/ matemáticas]

Es hora de un poco de integración, ya se ve realmente extraño

[matemáticas] \ Grande \ displaystyle \ int_0 ^ 1 \ dfrac {\ ln x} {\ cosh x} \, dx \ aprox -0.95138341824… [/ matemáticas]

No se define en términos de funciones estándar, se pierde mucho tiempo haciéndolo en partes.

Usé MATLAB para calcularlo aproximadamente.

Aquí hay un enlace WolframAlpha. [1]

Notas al pie

[1] Motor de conocimiento computacional