Doppelintegral (Basler Problem)

Aufrufe: 595     Aktiv: 31.08.2025 um 18:50

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Im Beitrag Basler Problem – Wikipedia
ist das Ergebnis des Beweises über das bestimmte Doppelintegral der Funktion 1/1-xy nicht nachvollziehbar:
Das Ergebnis ist die Stammfunktion: 2*(g(u)²) +2*(h(u)²)=Pi²/6 mit u=0,5 (Integrationsgrenzen). M.E. ist dies nicht richtig.
Da mit u=0,5 g(u)=h(u) gilt: 6*g(u)²=Pi²/6 (und nicht 4 mal).
Was mache ich hier falsch oder stimmt die Stammfunktion nicht?

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Du hast völlig recht, da ist ein Fehler.
Ob Stammfunktionen stimmen, kann man durch Ableiten leicht prüfen.
Dabei stellst Du fest: $h'(u)=-\frac12\frac1{\sqrt{1-u^2}}$, womit die letzte Zeile wird:
$$\zeta(2) = 4 \int_0^{\frac12} g'(u)g(u) \mathrm{d}u + (-2)\cdot 4 \int_{\frac12}^1 h'(u)h(u) \mathrm{d}u = 2\Big[g(u)^2\Big]_0^{\frac12} -4 \Big[h(u)^2\Big]_{\frac{1}{2}}^1 = \frac{\pi^2}{6}.$$
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Ja dies ist ja auch ein Teil des Lösungsweges. Aber warum vor dem Integral (-2) und nicht 0,5?   ─   usera25392 31.08.2025 um 16:19

Weil man unter dem Integral den Zusatzfaktor -0.5 braucht (weil es sonst nicht $h'(u)$ ist,s.o.) und man daher vor dem Integral -2 einfügen muss, damit die vorher hergeleitete Gleichheit weiter gilt.   ─   mikn 31.08.2025 um 16:34

Ok, danke für die Lösung.   ─   usera25392 31.08.2025 um 16:38

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Ich beziehe mich im Folgenden auf den Beweis in der Wikipedia.

Der Faktor 4 in der Zeile

\(\displaystyle \zeta(2) = 4 \int_0^{1/2} g'(u) g(u)\,du + 4\, \ldots \) 

kommt von der Formel zwei Zeilen darüber, also von 

\( \displaystyle \zeta(2) = 4 \int_0^{1/2}\frac{1}{\sqrt{1-u^2}} \, \arctan  \ldots \) .

Warum sollte hier aus dem Faktor 4 plötzlich der Faktor 6 werden ?
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Nur 6*g(0,5)²=6*h(0,5)²=PI²/6.   ─   usera25392 31.08.2025 um 16:31

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