Die folgende Rechnung ist recht wuchtig - vielleicht geht's auch einfacher.
Zunächst kann man substituieren: \( t=e^x \).
Dann ist
\( \displaystyle \int_0^1 f(t) dt \;=\; \int_0^1 \frac{t^2-1} {\ln t} dt
\;=\; \int_{-\infty}^0 \frac{e^{2x}-1} {x} e^x dx
\;=\; \int_{-\infty}^0 \frac{e^{3x}} x \;-\; \frac{e^{x}} x dx
\)
Leider kann man nun das Integral links nicht in zwei Integrale aufspalten, denn \( \displaystyle \int_{-\infty}^0 \frac{e^{3x}} x dx \) und \( \displaystyle \int_{-\infty}^0 \frac{e^{x}} x dx \) existieren nicht.
Da hilft der Limes:
\( \displaystyle \int_0^1 f(t) dt \;=\;\lim_{a\rightarrow 0, a<0 } \int_{-\infty}^a \frac{e^{3x}} x \;-\; \frac{e^{x}} x dx
\;=\;\lim_{a\rightarrow 0, a<0 }\left( \int_{-\infty}^a \frac{e^{3x}} x dx - \int_{-\infty}^a \frac{e^{x}} x dx \right)
\;\;\;\;\;\;(1)
\)
Mit der Substitution \(x=y/3\) folgt
\( \displaystyle \int_{-\infty}^a \frac{e^{3x}} x dx \;=\;
\int_{-\infty}^{3a} \frac{e^y} {y/3} \frac{dy}{3} \;=\; \int_{-\infty}^{3a} \frac{e^y} y dy \;\;\;\;\;\;(2) \)
Aus (1) und (2) folgt
\( \displaystyle \int_0^1 f(t) dt \;=\;
\lim_{a\rightarrow 0, a<0 }\left( \int_{-\infty}^{3a} \frac{e^x} x dx - \int_{-\infty}^{a} \frac{e^x} x dx\right) \;=\;
\lim_{a\rightarrow 0, a<0 }\int_{a}^{3a} \frac{e^x} x dx \)
Entwickeln von \(e^x\) in eine Potenzreihe und gliedweises Integrieren ergibt:
\( \displaystyle \int \frac{e^x} x dx \;=\; \ln |x| + \sum_{n=1}^{\infty} \frac{x^n}{n \cdot n!} \)
Damit folgt
\( \displaystyle \int_0^1 f(t) dt \;=\;
\lim_{a\rightarrow 0, a<0 } \left(
\ln(3a) + \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(3a)^n}{n \cdot n!}
- \ln(a) - \sum_{n=1}^{\infty} \frac{a^n}{n \cdot n!}
\right) \;=\;
\lim_{a\rightarrow 0, a<0 }( \ln|3a| - \ln|a|) \;=\; \ln 3
\)
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