ガウス積分 (Gaussian integral)

a>0 とする関数 f(x) = eax2 から までの積分

I= eax2dx = πa

ガウス積分 (Gaussian integral) という.

ガウス分布(正規分布)の確率密度関数の積分の計算などで出てくる.


【証明】

重積分極座標を利用して証明する.まず,

I= eax2dx = eay2dy   より

I2= eax2dx eay2dy

I2= e a (x2+y2) dxdy

と書ける.次に,平面の極座標 (r,θ) を用いて,変数変換 x=rcosθ , y=rsinθ を行うと x2+y2 =r2 であり, 重積分における変数変換よりヤコビアン (x,y) (r,θ) =r なので, dxdy=rdrdθ と置き換わる.したがって,

I2= 02π 0 ear2 rdrdθ

I2=2π 0 r ear2 dr =2π ear2 2a 0

I2=2π 012a =πa

が得られ,

I= eax2dx = πa

が求まる.


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