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贝塞尔函数双曲参数积分恒等式推导及相关变体极限计算问询

贝塞尔函数双曲参数积分恒等式推导及相关变体极限计算问询

我现在正纠结于如何推导下面这两个积分恒等式(假设 (a>0),(b>0)):

$$
\int_0^\infty J_0\left(2a\sinh\left(\frac{x}{2}\right)\right)\sin\left(bx\right)dx = \frac{2}{\pi}\sinh\left(\pi b\right)\left[K_{ib}\left(a\right)\right]^2
$$

和

$$
\int_0^\infty Y_0\left(2a\sinh\left(\frac{x}{2}\right)\right)\cos\left(bx\right)dx = -\frac{2}{\pi}\cosh\left(\pi b\right)\left[K_{ib}\left(a\right)\right]^2
$$

目前我先盯着第一个恒等式,考虑到两个表达式之间的对称性,我尝试用Mehler-Sonine积分展开左边的积分,得到了(针对第一个恒等式):

$$
\frac{2}{\pi}\int_0\infty\int_0\infty \sin\left(2a\sinh\left(\frac{x}{2}\right)\cosh\left(t\right)\right)\sin\left(bx\right)dtdx
$$

但这一步之后好像没什么进展——我觉得这个双重积分不满足交换积分顺序的条件,没法继续往下推。

我也试过从结果倒推,能想到的最直接的展开是:

$$
\frac{2}{\pi}\sinh\left(\pi b\right)\left[K_{ib}\left(a\right)\right]^2 = \frac{2}{\pi}\sinh\left(\pi b\right)\left[\frac{1}{\sin\left(\frac{1}{2}i\pi b\right)}\int_0\infty\sin\left(a\sinh\left(t\right)\right)\sinh\left(ibt\right)dt\right]2\
=\frac{2}{\pi}\sinh\left(\pi b\right)\left[\frac{1}{\sinh\left(\frac{1}{2}\pi b\right)}\int_0\infty\sin\left(a\sinh\left(t\right)\right)\sin\left(bt\right)dt\right]2
$$

不过我还是看不出怎么把这两个积分巧妙地结合起来,还原回左边的表达式。有没有可行的方法来推导这两个恒等式呢?

背景补充

我其实是想计算一些在积分表中找不到的上述积分的变体,具体来说是计算:

$$
\lim_{T\rightarrow\infty}\frac{1}{T}\int_0^TxJ_0\left(2a\sinh\left(\frac{x}{2}\right)\right)\sin\left(bx\right)dx
$$

和

$$
\lim_{T\rightarrow\infty}\frac{1}{T}\int_0^TxY_0\left(2a\sinh\left(\frac{x}{2}\right)\right)\cos\left(bx\right)dx
$$

同样假设 (a>0),(b>0)。我希望推导上述标准积分的技巧也能适用于这些变体,至少能给我一些思路方向。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者davidv1992

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最近更新时间:2026.04.23 11:39:09