\[\Large\int_{0}^{z}x^{t}\ln\Gamma \left ( 1+x \right )\mathrm{d}x~,~z>0\, ,\, t\in N^{*}\]


\(\Large\mathbf{Solution:}\)
Notice that
\[\begin{align*}
\int_{0}^{z}x^{t}\ln\Gamma \left ( 1+x \right )\mathrm{d}x&=\int_{0}^{z}x^{t}\ln\Big[ x\Gamma \left ( x \right ) \Big]\mathrm{d}x=\int_{0}^{z}x^{t}\ln x\mathrm{d}x+\int_{0}^{z}x^{t}\ln\Gamma \left ( x \right )\mathrm{d}x\\
&=\frac{z^{1+t}\Big[\left ( 1+t \right )\ln z-1\Big]}{\left ( 1+t \right )^{2}}+\int_{0}^{z}x^{t}\ln\Gamma \left ( x \right )\mathrm{d}x
\end{align*}\]
Using the Kummer's Fourier Series of \(\displaystyle \ln \Gamma(x)\) and
\[\sum_{n=1}^{\infty }\frac{\cos\left ( 2\pi nx \right )}{2n}=-\frac{1}{2}\ln\left ( 2\sin\pi x \right )~,~\sum_{n=1}^{\infty }\frac{\sin\left ( 2\pi nx \right )}{2n}=\frac{1}{2}-x\]
we have
\[\ln\Gamma \left ( x \right )=\frac{1}{2}\ln2\pi-\frac{1}{2}\ln\left ( 2\sin\pi x \right )+\left ( \gamma +\ln2\pi \right )\left ( \frac{1}{2}-x \right )+\sum_{n=1}^{\infty }\frac{\ln n}{n\pi }\sin\left ( 2\pi nx \right )\]
Hence we have
\[\begin{align*}
\int_{0}^{z}x^{t}\ln\Gamma \left ( x \right )\mathrm{d}x&=\frac{z^{t+1}\ln2\pi }{2\left ( t+1 \right )}+\frac{z^{t+1}\left ( \gamma +\ln2\pi \right )\left ( t-2zt-2z+2 \right )}{2\left ( t+1 \right )\left ( t+2 \right )}\\
&~~~-\frac{1}{2}\int_{0}^{z}x^{t}\ln\left ( 2\sin\pi x \right )\mathrm{d}x+\frac{1}{\pi }\sum_{n=1}^{\infty }\frac{\ln n}{n}\int_{0}^{z}x^{t}\sin\left ( 2\pi nx \right )\mathrm{d}x
\end{align*}\]
where
\[\begin{align*}
\int_{0}^{z}x^{t}\ln\left ( 2\sin\pi x \right )\mathrm{d}x&=\frac{1}{\left ( 2\pi \right )^{t+1}}\int_{0}^{2\pi z}x^{t}\ln\left ( 2\sin\frac{x}{2} \right )\mathrm{d}x\\
&=-\frac{x^{t}}{\left ( 2\pi \right )^{t+1}}\mathrm{Cl}_{2}\left ( x \right )\Bigg|_{0}^{2\pi z}+\frac{t}{\left ( 2\pi \right )^{t+1}}\int_{0}^{2\pi z} x^{t-1}\mathrm{Cl}_{2}\left ( x \right )\mathrm{d}x\\
&=-\left ( \frac{z}{2\pi } \right )^{t}\mathrm{Cl}_{2}\left ( 2\pi z \right )+\frac{t}{\left ( 2\pi \right )^{t+1}}\int_{0}^{2\pi z}x^{t-1}\sum_{k=1}^{\infty }\frac{\sin kx}{k^{2}}\mathrm{d}x\\
&=-\left ( \frac{z}{2\pi } \right )^{t}\mathrm{Cl}_{2}\left ( 2\pi z \right )+\frac{t}{\left ( 2\pi \right )^{t+1}}\sum_{k=1}^{\infty }\frac{1}{k^{2}}\int_{0}^{2\pi z}x^{t-1}\sin kx\mathrm{d}x
\end{align*}\]
for the last integral,it's not hard to see that
\[\begin{align*}
\int_0^{2\pi z}x^{t-1}\sin kx\,\mathrm{d}x&=\left ( t-1 \right )!\,\Bigg[~\sum_{j=0}^{\lfloor {t-1/2} \rfloor}(-1)^{j+1}\frac{x^{t-1-2j}}{k^{2j+1}(t-1-2j)!}\cos kx \,\Bigg|_0^{2\pi z}\\
&~~~+\sum_{j=0}^{\lfloor {(t-2)2} \rfloor}(-1)^{j+1}\frac{x^{t-2j-2}}{k^{2j+2}(t-2j-2)!}\sin kx\,\Bigg|_0^{2\pi z}~\Bigg]
\end{align*}\]
let \(t-1=t\) and \(k=2\pi n\) we can evaluate \(\displaystyle \int_{0}^{z}x^{t}\sin\left ( 2\pi nx \right )\mathrm{d}x\) .
Now we obtain the result for the initial integral
\[\boxed{\begin{align*}
&\int_{0}^{z}x^{t}\ln\Gamma \left ( 1+x \right )\mathrm{d}x=\\
&\color{blue}{\frac{z^{1+t}\left[\left ( 1+t \right )\ln z-1\right]}{\left ( 1+t \right )^{2}}+\frac{z^{t+1}\ln2\pi }{2\left ( t+1 \right )}+\frac{z^{t+1}\left ( \gamma +\ln2\pi \right )\left ( t-2zt-2z+2 \right )}{2\left ( t+1 \right )\left ( t+2 \right )}}\\
&\color{blue}{+\frac{1}{2}\left ( \frac{z}{2\pi } \right )^{t}\mathrm{Cl}_{2}\left ( 2\pi z \right )-\frac{t\left ( t-1 \right )!}{2\left ( 2\pi \right )^{t+1}}\sum_{k=1}^{\infty }\frac{1}{k^{2}}\Bigg \{\sum_{j=0}^{\lfloor {t-1/2} \rfloor}\frac{(-1)^{j+1}x^{t-1-2j}}{k^{2j+1}(t-1-2j)!}\cos kx \,\Bigg|_0^{2\pi z}}\\
&\color{blue}{+\sum_{j=0}^{\lfloor {(t-2)2} \rfloor}\frac{(-1)^{j+1}x^{t-2j-2}}{k^{2j+2}(t-2j-2)!}\sin kx\,\Bigg|_0^{2\pi z} \Bigg \}+\frac{t!}{\pi }\sum_{n=1}^{\infty }\frac{\ln n}{n}\Bigg \{ \sum_{j=0}^{\lfloor {t/2} \rfloor}\frac{(-1)^{j+1}x^{t-2j}}{\left ( 2\pi n \right )^{2j+1}(t-2j)!}\cos\left ( 2\pi nx \right ) \,\Biggr|_0^{z}}\\
&\color{blue}{+\sum_{j=0}^{\lfloor {(t-1)2} \rfloor}\frac{(-1)^{j+1}x^{t-2j-1}}{\left ( 2\pi n \right )^{2j+2}(t-2j-1)!}\sin \left ( 2\pi nx \right )\,\Biggr|_0^{z} \Bigg\}}
\end{align*}}\]


\(\mathrm{For~example:}\)
\[\color{red}{\int_{0}^{1}x\ln\Gamma \left ( 1+x \right )\mathrm{d}x=\ln\left ( \frac{2^{\frac{1}{4}}\pi ^{\frac{1}{4}}}{\mathbf{A}e^{\frac{1}{4}}} \right )}\]
\[\color{red}{\int_{0}^{2}x^{2}\ln\Gamma \left ( 1+x \right )\mathrm{d}x=\frac{4}{3}\ln\left (\frac{8\pi }{\mathbf{A}^{3}} \right )+\frac{\zeta \left ( 3 \right )}{2\pi ^{2}}-\frac{5}{2}}\]
\[\color{red}{\int_{0}^{\frac{1}{2}}x^{2}\ln\Gamma \left ( 1+x \right )\mathrm{d}x=\ln\left ( \frac{\mathbf{A}^{\frac{1}{8}}\pi ^{\frac{1}{48}}}{2^{\frac{89}{2880}}} \right )-\frac{5}{8}\zeta '\left ( 3 \right )-\frac{3\zeta \left ( 3 \right )}{32\pi ^{2}}-\frac{3}{128}}\]

一类Log-Gamma积分的一般形式的更多相关文章

  1. 两个Beta函数类型的积分及其一般形式

    \[\Large\displaystyle \int_{0}^{1}\frac{\sqrt[4]{x\left ( 1-x \right )^{3}}}{\left ( 1+x \right )^{3 ...

  2. LDA-math-神奇的Gamma函数

    http://cos.name/2013/01/lda-math-gamma-function/ 1. 神奇的Gamma函数1.1 Gamma 函数诞生记学高等数学的时候,我们都学习过如下一个长相有点 ...

  3. 各类分布----二项分布,泊松分布,负二项分布,gamma 分布,高斯分布,学生分布,Z分布

    伯努利实验: 如果无穷随机变量序列  是独立同分布(i.i.d.)的,而且每个随机变量  都服从参数为p的伯努利分布,那么随机变量  就形成参数为p的一系列伯努利试验.同样,如果n个随机变量  独立同 ...

  4. 学习笔记:The Log(我所读过的最好的一篇分布式技术文章)

    前言 这是一篇学习笔记. 学习的材料来自Jay Kreps的一篇讲Log的博文. 原文很长,但是我坚持看完了,收获颇多,也深深为Jay哥的技术能力.架构能力和对于分布式系统的理解之深刻所折服.同时也因 ...

  5. 学习笔记:The Log(我所读过的最好的一篇分布式技术文章)

    前言 这是一篇学习笔记. 学习的材料来自Jay Kreps的一篇讲Log的博文. 原文非常长.可是我坚持看完了,收获颇多,也深深为Jay哥的技术能力.架构能力和对于分布式系统的理解之深刻所折服.同一时 ...

  6. [译]如何禁止Requests库的log日志信息呢?

    原文来源: https://stackoverflow.com/questions/11029717/how-do-i-disable-log-messages-from-the-requests-l ...

  7. Android 项目Log日志输出优化

    概述 Android开发过程中经常需要向控制台输出日志信息,有些人还在用Log.i(tag,msg)的形式或者system.out.println(msg)方式吗?本篇文章对日志信息输出进行优化,以达 ...

  8. AOPS论坛上100+100个积分

    100+10 rare and irresistible integrals I bring you many beautiful integrals that I have collected ov ...

  9. Matlab 矩阵运算

    1.Syms 和sym的区别: syms是定义多个符号是符号变量的意思 sym只能定义一个符号变量,但可以具体到这个符号变量的内容 例:syms f z; %定义下x和y f=sym('a+b+c') ...

随机推荐

  1. 1.3、WebRTC架构

    文章导读:本文的讲解的是webrtc系统架构,每个人都要Get到这些知识:第一.了解webrtc架构分层:第二.对每层技术有一个清晰的认知.学完本节内容可以为我们后面学习核心API起到至关重要的作用, ...

  2. RPC 学习(一)认识

    文章部分描述来自参考资料 RPC 什么是RPC     RPC(Remote Procedure Call)-远程过程调用,它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务,而不需要了解底层网络技术的协议. ...

  3. Linux - Shell - #!/bin/bash

    概述 简单解释一下 shell 脚本卡头的 #!/bin/bash 水一篇, 少一篇 背景 shell 脚本中的注释 通常是 以# 卡头的行 但是有时候执行 shell 的时候, 会有这种内容 #!/ ...

  4. hdu 6214 Smallest Minimum Cut(最小割的最少边数)

    题目大意是给一张网络,网络可能存在不同边集的最小割,求出拥有最少边集的最小割,最少的边是多少条? 思路:题目很好理解,就是找一个边集最少的最小割,一个方法是在建图的时候把边的容量处理成C *(E+1 ...

  5. webpack4.x基本配置

    在学习vue的时候,需要进行打包操作,视频看的是webpack3的踩了好多坑,所以在记录一下,方便后续复习.有错误请指出. 新建项目文件 在项目文件下 执行npm init -y,进行初始化,生成pa ...

  6. 虚拟机安装的ubuntu不能联网解决

    安装双系统从没遇到的问题,再虚拟机上遇到了不能联网的问题: 下面给出我的解决方法(win10系统.ubuntu 16.04) 我的电脑-管理-设备管理器 看是否虚拟机的虚拟网卡在: 在去设置-控制面板 ...

  7. Codeforces Round #624 (Div. 3) A. Add Odd or Subtract Even(水题)

    You are given two positive integers aa and bb . In one move, you can change aa in the following way: ...

  8. Git - 04. git 缓存

    1. 概述 简单描述, 已经被 暂存 过的文件的 操作 和 生命周期 在 缓存区 中的声明周期 暂时只与 缓存区 做交互 2. 文件生命周期 略 这个之前讲过 3. 命令 1. stage 文件 概述 ...

  9. 传奇脚本中 SendMsg 编号说明

    0 1 2 3 4 5 60对全服人说1.发送普通红色广播信息. 2.发送普通红色广播信息,并显示NPC名称. 3.发送普通红色广播信息,并人物NPC名称. 4.在NPC头顶,显示普通说话信息. 5. ...

  10. 「CSP-S模拟赛」2019第二场

    目录 T1 Jam的计数法 题目 考场思路(正解) T2 「TJOI / HEOI2016」排序 题目 考场思路(假正解) 正解 T3 「THUWC 2017」随机二分图 题目 考场思路 正解 这场考 ...