Biểu diễn tích phân \(\int_0^{ + \infty } {\frac{{{x^2}}}{{{{(1 + {x^4})}^4}}}} dx\) theo hàm Gamma:
A.
\(\frac{{\Gamma \left( {\frac{3}{4}} \right)\Gamma \left( {\frac{{13}}{4}} \right)}}{{6\Gamma (4)}}\)
B.
\(\frac{{\Gamma \left( {\frac{3}{4}} \right)\Gamma \left( {\frac{1}{4}} \right)}}{{4\Gamma (4)}}\)
C.
\(\frac{{\Gamma \left( {\frac{3}{4}} \right)\Gamma \left( {\frac{{13}}{4}} \right)}}{{4\Gamma (4)}}\)
D.
\(\frac{{\Gamma \left( {\frac{3}{4}} \right)\Gamma \left( {\frac{5}{4}} \right)}}{{4\Gamma (4)}}\)
Trả lời:
Đáp án đúng: C
Để giải quyết bài toán này, ta sử dụng tích phân Euler loại 2 (Hàm Gamma). Tích phân đã cho có dạng phù hợp để biểu diễn qua hàm Gamma.
Đặt $x^4 = t$, suy ra $4x^3 dx = dt$ hay $dx = \frac{dt}{4x^3} = \frac{dt}{4t^{3/4}}$.
Khi đó, tích phân trở thành:
\(\int_0^{\infty} \frac{t^{1/2}}{(1+t)^4} \frac{dt}{4t^{3/4}} = \frac{1}{4} \int_0^{\infty} \frac{t^{-1/4}}{(1+t)^4} dt\)
Sử dụng công thức liên hệ giữa tích phân và hàm Gamma:
\(\int_0^{\infty} \frac{t^{x-1}}{(1+t)^{x+y}} dt = B(x, y) = \frac{\Gamma(x)\Gamma(y)}{\Gamma(x+y)}\)
Trong trường hợp này, ta có:
x - 1 = -1/4 => x = 3/4
x + y = 4 => y = 4 - x = 4 - 3/4 = 13/4
Vậy, tích phân trở thành:
\(\frac{1}{4} \int_0^{\infty} \frac{t^{-1/4}}{(1+t)^4} dt = \frac{1}{4} \frac{\Gamma(3/4)\Gamma(13/4)}{\Gamma(4)} \)
Vậy đáp án đúng là C.